home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Language/OS - Multiplatform Resource Library / LANGUAGE OS.iso / dsp / dspgroup / cis_dsp.arc / CIS_DSP4.TXT < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1988-04-27  |  65.4 KB  |  1,479 lines

  1. #: 73521 S17/TAPR NNC/DSP
  2.     07-Apr-88  16:43:49
  3. Sb: #73502-#HF Modems, Part 2
  4. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  5. To: Phil Karn, KA9Q 73210,1526 (X)
  6.  
  7. Developing a realistic software model of the HF channel is a toughie... I know
  8. guys who worked on it for years.  Even though there are plenty of guidelines
  9. available on what parameters to use, the models always have shortcomings, like
  10. leaving out impulsive noise and interference.  There's just no substitute for
  11. on-the-air testing, although we do have a black box in our lab where I work
  12. that comes fairly close.  It's a DSP tapped delay line channel simulator in
  13. which the tap weights can be set dynamically according to a measurement of the
  14. time-varying impulse response of an actual channel.  The measurement is done by
  15. transmitting a pseudorandom probe signal over an HF link and recording the
  16. received signal on an instrumentation recorder.  The recorder then can be
  17. played back into the simulator, which analyzes the signal and sets its tap
  18. weights to reproduce the impulse response in the path of the modem signal under
  19. test.  This does a nice job of reproducing the fading and multipath under
  20. repeatable conditions for comparative tests, but it doesn't reproduce the
  21. non-Gaussian noise and QRM.  The nice thing about DSP modems is that we can try
  22. a few different approaches on the air without messing with a bunch of different
  23. hardware.
  24.  
  25. Re framing structures for HF: we definitely see eye-to-eye on this one.  Dump
  26. HDLC and adopt a robust frame sync strategy?  Right On!  We should have a
  27. selective-repeat ARQ datalink protocol too.  The new framing structure will
  28. allow us to use coding and signal processing to drag those packets out of the
  29. noise.  For more food for thought, dig up the following article:
  30.  
  31. D. Chase, "Code combining - a maximum-likelihood decoding approach for
  32. combining an arbitrary number of noisy packets", IEEE Trans. Commun., vol.
  33. COM-33, p. 385, May 1985.
  34.  
  35. I see Franklin also mentioned Chase - he is the guru of soft-decision decoding
  36. of block codes.  Franklin, are you at liberty to disclose some details of the
  37. work you did in this area?
  38.  
  39. 73, Barry
  40.  
  41. *** There are replies:  73531, 73600
  42.  
  43. *** More ***
  44.  
  45. #: 73531 S17/TAPR NNC/DSP
  46.     07-Apr-88  23:21:33
  47. Sb: #73521-HF Modems, Part 2
  48. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  49. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  50.  
  51. Your question strikes at the heart of the issue i've been struggling with for
  52. the past few months.  An awful lot of the work i've done in this area has been
  53. done for, well i guess i should call it "work".  If work and hobby were less
  54. related, i'd be having a much easier time with these issues. I have to figure
  55. this out for myself.  I would imagine you may have some of the same conflicts? 
  56. How do you deal with it?
  57.  
  58. Re Chase / Golay, etc...  Two years ago, i wrote a chase-algorithm [24,12]
  59. Golay decoder routine.  I did it as part of "work", and as a result, cannot
  60. make it available to the amateur effort.  Seems a shame at one level, but of
  61. course i cannot violate the trust of my co-workers.  Whole reason i gotgot
  62. interested in ham radio again a couple of years ago was to do technical stuff
  63. like this, and now i find it difficult because of its similarity to work. Sigh.
  64.  
  65. *** More ***
  66.  
  67. #: 73600 S17/TAPR NNC/DSP
  68.     09-Apr-88  10:17:27
  69. Sb: #73521-HF Modems, Part 2
  70. Fm: David Toth VE3GYQ 72255,152
  71. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  72.  
  73. I have a test model ready to go whenever you guys want. It's called the HF
  74. Packet Network, and we can get ALL the guys to test the code (20+ stations per
  75. freq x 2 frequencies i.e. 14.109 and 10.149) ...
  76.  
  77. I know it is not as convenient as a simulation, but it is real and can be
  78. controlled.
  79. Just a useless offer <grin>
  80. Dave
  81.  
  82. *** More ***
  83.  
  84. #: 73533 S17/TAPR NNC/DSP
  85.     07-Apr-88  23:30:33
  86. Sb: Queries
  87. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  88. To: Lyle Johnson, WA7GXD 76246,565 (X)
  89.  
  90. I received the promised return phone call from Beth Harwood of Analog Devices
  91. today.  She claims to have checked with engineering re possible effects of
  92. clocking the 7569 at 6.25 MHz.  The answer is that "it won't work" "it will
  93. miss codes" "it will probably work ok at 5.5 MHz". I thanked her for the return
  94. call, but did not inquire further. Her number is:  617-935-5565  X-2628.
  95.  
  96. On related issue... seems there are new cmos A/D & D/A announcements every day.
  97. Just saw in ECN announcement from Linear Technology for LTC1092. 10 bit A/D,
  98. with sample & hold.  8-pin dip.  Serial interface (yuk). 20uS conversion time,
  99. $10.15 in 100 quantity.   Good news is it's >8 bits for reasonable price and
  100. small board area.  But, gee... serial interface? I'm not pushing this chip.. i
  101. just saw the blurb & thought i'd pass it on.
  102.  
  103.  
  104. #: 73538 S17/TAPR NNC/DSP
  105.     08-Apr-88  01:11:21
  106. Sb: AD7569
  107. Fm: Lyle Johnson, WA7GXD 76246,565
  108. To: Franklin Antonio
  109.  
  110. Franklin,
  111.  
  112. Well, I'll plan on letting it self-clock then using its internal oscillator.
  113. The down side is the "jitter" we'll see in conversion times, especially if we
  114. let the end of conversion trigger the D/A load (which we therefore won't!).
  115.  
  116. I appreciate the information.
  117.  
  118. I gave Dan and Eric and Chuck the last 150k or so from here and expect some
  119. feedback from them soon.
  120.  
  121. Onward!
  122.  
  123. Lyle
  124.  
  125. #: 73607 S17/TAPR NNC/DSP
  126.     09-Apr-88  11:44:10
  127. Sb: TMP320C15
  128. Fm: Lyle Johnson, WA7GXD 76246,565
  129. To: Tom Clark
  130.  
  131. Tom,
  132.  
  133. I gave Cris the TMP320C15 processor yesterday.  She should have sent it out, so
  134. you will probably receive it by the middle of next week.  I have no way of
  135. checking to see if it will work at 25 MHz or not, so...
  136.  
  137. I also note that the old GI (I think they call themselves MicroSemi now) just
  138. announced a 32 MHz version of the 320C10.  If we can get by without the
  139. additional memory of the '15, we can drop our cycle times to 125 nSec rather
  140. than 160 nSec and save a few dollars in the process.
  141.  
  142. I suspect the memory is more valuable than the speed, but thought I'd mention
  143. it.
  144.  
  145. Lyle
  146.  
  147. #: 73617 S17/TAPR NNC/DSP
  148.     09-Apr-88  16:09:13
  149. Sb: #73050-HF Modems
  150. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  151. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  152.  
  153. Barry, i saw some comments go by a while back re peak-to-average power ratio
  154. for sum of sinusoids.  Seem to remember it was a msg from you to Tom C. The msg
  155. must have scrolled off the end of the universe, as i cannot find it now.  Seem
  156. to remember that you gave a formula.  Is this in the literature anyplace?  If
  157. not, could you repeat the formula?
  158.  
  159. #: 73689 S17/TAPR NNC/DSP
  160.     11-Apr-88  01:09:37
  161. Sb: #73561-Dayton Hotel
  162. Fm: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  163. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  164.  
  165. I've been trying to follow the heuristic discussions on the HF schemes
  166. and I'm getting a bit confused in the terminology. My problem is
  167. that I come from a different signal processing world (radio astronomy,
  168. replete with its own jargon pertaining mainly to signals that >>ARE<<
  169. noise, plus SETI).
  170. I have a modest proposal for those of us who have some ideas, but
  171. feel we are saying the same thing with a biorthogonal set of semantics
  172. (perhaps even from a parallel universe!). Bob M, Phil K, Franklin A,
  173. and Tom C will be at Dayton. Barry M >>>SHOULD<<< come (I'll twist
  174. his pointy little head if he doesn't, & I know Dr. Death has offered
  175. him a ride). Therefore, whatsay we plan to get together for a few
  176. hours and discuss the ideas INCLUDING defining each of our own set
  177. of terminology!   ;-)
  178. 73, Tom
  179.  
  180.  
  181. #: 73690 S17/TAPR NNC/DSP
  182.     11-Apr-88  01:09:51
  183. Sb: #73607-TMP320C15
  184. Fm: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  185. To: Lyle Johnson, WA7GXD 76246,565 (X)
  186.  
  187. Thanks Lyle. I'll look forward to seeing it.
  188. FYI -- for the 'travelling circus' at Dayton I'll be bringing an
  189. XT clone (the old Mitsubishi that ran the IWI BBS for a couple of
  190. years). I have access (from work) to one of the new transmission
  191. LCD devices that allows a CGA screen (in monochrome) to be displayed
  192. with a viewgraf machine. That way the entire audience can really
  193. see the screen (for a change). [Phil -- how do you want to demo NET?
  194. that machine could either be used on a SLIP link or I could drop
  195. an ethernet board into it].
  196.  
  197. #: 73693 S17/TAPR NNC/DSP
  198.     11-Apr-88  01:10:17
  199. Sb: Meese
  200. Fm: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  201. To: N6NKF
  202.  
  203. Franklin -- tried to run your spectrum code at home where I have a VGA
  204. video (running EGA mode) plus a Mouse Systems serial mouse. The mouse
  205. is installed with the driver that is supposed to make it look like
  206. a Microsoft mouse. It doesn't work. No cursor appears, I can't move
  207. up & down the scroll bar. Pressing the buttons does non-reproducable
  208. things. What am I doing wrong?
  209. 73, Tom
  210.  
  211. #: 73699 S17/TAPR NNC/DSP
  212.     11-Apr-88  10:11:52
  213. Sb: #73531-HF Modems, Part 2
  214. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  215. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  216.  
  217. It is a big problem, and I'm sure Bob and some of the others are wrestling with
  218. it as well.  I guess, as you say, everyone has to work this out for himself...
  219. in other words, apply "situation ethics".  My current situation is not too bad,
  220. as I work for a gov't research lab on unclassified projects, and much of our
  221. work becomes freely available in the open literature.  On the other hand, we
  222. also transfer technology to private industry for commercial exploitation, so
  223. the material transferred becomes proprietary in those instances.  I'd like to
  224. think there is a fine line we can walk, where we can make use of some of the
  225. "intellectual property" we've acquired from the work side, in the hobby side,
  226. without overstepping the bounds by using the details of actual implementations.
  227. When in doubt, I probably err on the side of the hobby... :-)
  228.  
  229. *** More ***
  230.  
  231. #: 73700 S17/TAPR NNC/DSP
  232.     11-Apr-88  10:12:25
  233. Sb: #73617-HF Modems
  234. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  235. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  236.  
  237. I'll do better than that... I'll dust off that message and ship you a copy in
  238. its entirety.  I've been archiving all of the DSP discussions here since about
  239. the beginning of February.  It's now up to about 300K of text!
  240.  
  241. A few more points that I left out of the original posting:
  242.  
  243. - There is a perfectly good term for peak-to-average ratio which we should
  244.   make use of, namely crest factor (no puns about preventing cavities,
  245.   please!)
  246.  
  247. - Since we are normally comparing multitone formats to a single tone, which
  248.   itself has a 3 dB crest factor, we should subtract 3 dB from the multitone
  249.   figures to get to get the true relative rating.
  250.  
  251. - The reference for the data on crest factors of phase-controlled multitone
  252.   signals is: S. Boyd, "Multitone signals with low crest factor", IEEE Trans.
  253.   Circuits Syst., Vol. CAS-33, Oct. 1986, pp. 1018-1022.
  254.  
  255. *** More ***
  256.  
  257. #: 73701 S17/TAPR NNC/DSP
  258.     11-Apr-88  10:13:22
  259. Sb: #73617-HF Modems
  260. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  261. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  262.  
  263. Tom, things aren't quite as bad as they seem, and we should not abandon all
  264. hope of using multitone modems.  Here's why:
  265.  
  266. Your estimate of the PAR is a little on the high side.  When N equal-amplitude
  267. sinusoids are added together, the PAR of the resulting signal is nominally
  268. equal to 20*log[SQRT(2N)].  For N = 16, this works out to about 15 dB, and for
  269. N = 32, it is about 18 dB (I am ignoring for the moment, the varying number of
  270. simultaneous tones if OOK is used).
  271.  
  272. Also: up to a point, you can clip the peaks of the waveform (before applying it
  273. to the SSB modulator) without doing any harm.  The limit is reached when the
  274. "self-noise" from intermod products start to have a significant effect on the
  275. bit error rates.  Commercial 16-tone modem systems are typically run at 3 to 5
  276. dB higher average power than that dictated by the PAR.
  277.  
  278. Here's an interesting footnote:  The reason I referred to the PAR above as
  279. nominal is that it can be reduced if we put some constraints on the sinusoids.
  280. The first constraint is that the tone frequencies be equally spaced, which we
  281. want anyway.  Now if we control the phases of the tones (easy with DSP!), we
  282. can reduce the PAR quite dramatically. The absolute worst choice is to start
  283. them all in phase - then we get no improvement at all.  However, with the
  284. proper choice of just two different phases, 0 and pi, for each tone, the PAR
  285. can be made MUCH lower.  For N = 32, the PAR can be reduced to 6 dB.  And there
  286. is an even better algorithm that requires a different phase shift for each tone
  287. (which can be stored in a look-up table). It results in a PAR of 4.6 dB (!) for
  288. N = 32, and the PAR is <6 dB for ALL N. For large N, it produces a
  289. near-constant-envelope signal that bears a striking resemblance to a swept
  290. tone.  The bad news is, if we start phase- or amplitude modulating the tones,
  291. we upset the applecart and the PAR starts heading back up.  Everything is fine
  292. as long as we don't try and transmit any information! :-)
  293.  
  294. 73, Barry
  295.  
  296. #: 73713 S17/TAPR NNC/DSP
  297.     11-Apr-88  12:01:27
  298. Sb: #73700-HF Modems
  299. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  300. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  301.  
  302. Crest factor?  Never heard of it.  I think i've been computing the Colgate
  303. factor.  I tend to think of signals in the two-dimensional model, and look at
  304. the length of the resulting vector.  When it stays on the unit circle, as it
  305. does with a single tone, then peak=avg, and i call that a peak/avg ratio of
  306. 0db.  I'll go look up that paper immediately.
  307.  
  308. *** More ***
  309.  
  310. #: 73731 S17/TAPR NNC/DSP
  311.     12-Apr-88  00:01:29
  312. Sb: #73700-HF Modems
  313. Fm: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  314. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  315.  
  316. Barry -- pull me off a copy of the collected annals of DSPdom too
  317. for inclusion with the distribution disks Bob & I send out.
  318. On the next disks I hope to also have Phil's 'sounds' but I have
  319. to do some archive splitting. He FTPd me one 900kbyte long .ARC
  320. file! But some of the 'sounds' he included are either scatalogical
  321. or X-rated and probably shouldn't be circulated   ;-)
  322.  
  323. *** More ***
  324.  
  325. #: 73740 S17/TAPR NNC/DSP
  326.     12-Apr-88  03:21:56
  327. Sb: #73700-HF Modems
  328. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  329. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  330.  
  331. I picked up a copy of the Boyd article, and the Ouderaa, Schoukens, Renneboog
  332. comments (Sept '87 IEEE-CAS).  Now i see that your definition of "crest factor"
  333. is just 3db greater than my "peak/avg power". This article blew me away.  The
  334. Shapiro-Rudin sequences are amazing. Just don't look like they'll do the trick,
  335. do they?  Nonituitive.
  336.  
  337. Problem is, i'm not clear on how to apply this to our benefit. They provide
  338. phases which will produce a reasonable crest factor IF YOU WANT ALL THE EQUALLY
  339. SPACED TONES IN SOME BAND.  We want N out of M tones in some band.  So suppose
  340. we have possible tones (evenly spaced) numbered 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8.  Now
  341. i want only tones 1, 3, 7 turned on.  What are the correct phases of these
  342. three tones for low crest factor?  Can i get the answer out of this paper?
  343.  
  344. *** More ***
  345.  
  346. #: 73732 S17/TAPR NNC/DSP
  347.     12-Apr-88  00:01:42
  348. Sb: #73701-HF Modems
  349. Fm: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  350. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  351.  
  352. Thanks for the comments Barry. I have been meaning to do a simulation
  353. of multi-tone schemes with different spacings and initial phases.
  354. Franklin's Crest/Colgate comment hilights one of the reasons I think
  355. it would be splendid if we could meet in Dayton for discussons of
  356. orthogonal polynomials and related topics. Can you come?
  357.  
  358.  
  359. #: 73714 S17/TAPR NNC/DSP
  360.     11-Apr-88  12:04:55
  361. Sb: #73699-HF Modems, Part 2
  362. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  363. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  364.  
  365. You say you've been archiving the DSP section? Paul Williamson, KB5MU, asked me
  366. whether an archive was available, and i didn't know the answer.  Paul was
  367. admitted to the section a few days ago, and wanted to catch up on ancient
  368. history.  Listening Paul?
  369.  
  370. #: 73742 S17/TAPR NNC/DSP
  371.     12-Apr-88  04:33:03
  372. Sb: #73689-Dayton Hotel
  373. Fm: Phil Karn, KA9Q 73210,1526
  374. To: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  375.  
  376. Yes! I think a late-nite bull session at Dayton, ideally in Tom Clark's
  377. hotel room, would be a perfect way to get the creative DSP juices
  378. flowing.  Tom can provide the liquid stimulants as he always does.  :-)
  379.  
  380. Tom -- re TCP/IP demo -- I'll have my NEC laptop, and that also has a
  381. CGA spigot.  A direct SLIP connection between two machines is sufficient
  382. to demonstrate the end-to-end capabilities, which are the important
  383. part.  But the more machines, the merrier.  It'll be fun to try the LCD
  384. projection display, I've been trying to find one of those for some time. 
  385.  
  386. I suspect, but do not actually know, that the Atlanta gang will be
  387. demoing tcp/ip on top of their 56kbps modems.  They did that last year
  388. with a pair of full-blown ATs. 
  389.  
  390. Phil
  391.  
  392.  
  393. *** More ***
  394.  
  395. #: 73750 S17/TAPR NNC/DSP
  396.     12-Apr-88  10:01:41
  397. Sb: #73689-Dayton Hotel
  398. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  399. To: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  400.  
  401. Ouch!  Alright, already, I'll come... but I may have to get you to explain to
  402. my wife why this is so important (keeping the Free World safe from bit errors,
  403. etc... ?).  :-)
  404.  
  405. Barry
  406.  
  407. #: 73765 S17/TAPR NNC/DSP
  408.     12-Apr-88  15:06:30
  409. Sb: #73731-HF Modems
  410. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  411. To: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  412.  
  413. OK, I'll bring several copies of the DSP Chronicles with me to Dayton for
  414. distribution to the folks on the team.
  415.  
  416. Barry
  417.  
  418. *** More ***
  419.  
  420. #: 73766 S17/TAPR NNC/DSP
  421.     12-Apr-88  15:07:29
  422. Sb: #73740-HF Modems
  423. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  424. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  425.  
  426. Fascinating, isn't it?  Whether it's useful is quite another matter.  Thanks
  427. for finding that follow-up letter, which I hadn't come across.
  428.  
  429. I was particularly taken with 32-tone Newman signal, which resembles a swept
  430. tone.  This suggests a different approach to minimizing crest factor, namely,
  431. start with a constant-envelope (or nearly so, at least) signal that has an
  432. approximately flat magnitude spectrum over the bandwidth of interest.  In this
  433. case, it is a chirp (linear FM) signal.  Then do a complex DFT on the signal,
  434. with the sample rate corresponding to the desired tone spacing.  Then we can
  435. use tones to synthesize a signal resembling the constant-envelope signal we
  436. started with by setting the tone amplitudes to be all the same, and using the
  437. phases that we derived from the DFT.
  438.  
  439. Getting back to your question re whether we can use the results of this paper
  440. to minimize the crest factor for a subset of the tones, I think the answer
  441. clearly is NO.  Anything we do to modulate information onto the ensemble of
  442. tones, whether it be selecting n-of-m, OOK, FSK, PSK, or what have you, will
  443. violate the constraints and cause the crest factor to increase.  In a sense, we
  444. have used up all the available degrees of freedom in order to minimize the
  445. crest factor, and have none left over to transmit information with!
  446.  
  447. When the tones are not equally spaced, as in the n-of-m or multitone OOK
  448. schemes we've been talking about, I think we would have to resort to a computer
  449. search for the optimum phases of the component tones for EACH POSSIBLE SYMBOL. 
  450. Once found, they can be stored in a lookup table which is referenced by the DSP
  451. modulator.  This seems workable for a 300 bps/50 baud modem with 64 possible
  452. symbols, but gets unwieldy when you think about higher bit rates (which, of
  453. course, is exactly where we need it most).  A colleague of mine has done some
  454. work on using the steepest descent algorithm to minimize crest factors when the
  455. tones are not equally spaced (S. Shlien, "Minimization of the peak amplitude of
  456. a waveform", Signal Processing, Vol.14, No.1, Jan. 1988).
  457.  
  458. #: 73841 S17/TAPR NNC/DSP
  459.     14-Apr-88  19:30:11
  460. Sb: #Crest Factor Invariance?
  461. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  462. To: Barry McLarnon 71470,3651 (X)
  463.  
  464. You make a waveform and push it in the audio input of an SSB rig, then it
  465. gets frequency shifted to HF, and goes to a power amplifer.  We are concerned
  466. with the crest factor of the waveform as it hits the PA.  This will be the
  467. same as the crest factor of the waveform we put in the audio input if crest
  468. factor is invariant under frequency shift.  Is it?  I haven't found a 
  469. theoretical argument one way or the other, but here are some calculations...
  470.  
  471.                        peak    rms
  472. S(1) + S(2) + S(3)     2.50   1.225
  473. S(2) + S(3) + S(4)     2.75   1.225
  474. S(5) + S(6) + S(7)     2.95   1.225
  475.  
  476. where, S(f) = Sin(2pi*f*t), t in the interval [0,1].  So, S(1)+S(2)+S(3) 
  477. would appear to change its crest factor when frequency shifted.  Check out my
  478. calculations here; i could be fouled up.  If crest factor is not invariant
  479. under frequency shift, then i'm not sure we know how to generate audio 
  480. waveforms that will produce a low crest factor at the xmit PA.  
  481.  
  482. *** There is a reply:   73852
  483.  
  484. *** More ***
  485.  
  486. #: 73852 S17/TAPR NNC/DSP
  487.     14-Apr-88  22:35:45
  488. Sb: #73841-#Crest Factor Invariance?
  489. Fm: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  490. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365 (X)
  491.  
  492. Franklin -- is the SSB xmtr has no filter distortion and all stages
  493. are perfectly linear, then the relative amplitudes and phases of
  494. all baseband components map directly to RF. Just think of each tone
  495. as a phasor, spinning merrily. All the perfect SSB xmtr does is to
  496. spin all tones faster by the same amount.
  497. If the SSB receiver is perfectly on frequency but has no way to re-
  498. construct the phase of the xmtr's oscillator, then it de-spins them
  499. but adds a constant phase shift to all components (the unknown phase
  500. difference between the LOs).
  501. It is only when the perfect filter (including the ionosphere as a
  502. dispersive filter whose properties can, at best, be only known in
  503. a statistical sense) and the perfect amplifier hypothesis breaks
  504. down that we get into trouble.
  505.  
  506. *** There is a reply:   73867
  507.  
  508. *** More ***
  509.  
  510. #: 73867 S17/TAPR NNC/DSP
  511.     15-Apr-88  06:20:26
  512. Sb: #73852-Crest Factor Invariance?
  513. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  514. To: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  515.  
  516. I agree with your statement.  Pls reread my original msg. The SSB xmtr
  517. frequency shifts the input signal.  If crest factor is not invariant under
  518. frequency shift, then the crest factor of the signal at the PA (where we are
  519. voltage limited) will not be the same as the crest factor of the input audio
  520. signal.  That's all i was saying.
  521.  
  522. We also need to examine the magnitude of phase shifts within the SSB rig,
  523. (which are essentially all in the crystal filters).  Sadly, many rigs have two
  524. crystal filters, and use both of them on both xmit and rcv. But before we get
  525. into details like phase shifts, we oughta make sure we're understanding the
  526. effect of the frequency shift, which is more fundamental.
  527.  
  528. I think you misunderstood my original mail.  Sounds like you interpreted my
  529. concern as being the 2nd order effect from mistuning of the rcvr, or something
  530. like that.  No.  When i say frequency shift, i'm talking about the fundamental
  531. SSB mixing operation going on in the transmitter, ie in at 1kHz, out at 7MHz.
  532.  
  533. #: 73849 S17/TAPR NNC/DSP
  534.     14-Apr-88  22:34:49
  535. Sb: #73766-HF Modems
  536. Fm: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  537. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  538.  
  539. Re the Newman (Alfred E.?) chirp scheme. It sounds like this is a
  540. group delay encoding trick since group delay = - (d phase)/(d freq)
  541. [oh to have math symbols available!]. Given the dispersive character
  542. of the ionosphere I fear this kind of scheme is frought with peril.
  543. I suspect we'd spend all our computing horsepower (and more) trying
  544. to adaptively equalize delay twiddles from the medium.
  545.  
  546. #: 73899 S17/TAPR NNC/DSP
  547.     15-Apr-88  15:59:47
  548. Sb: #73849-HF Modems
  549. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  550. To: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  551.  
  552. What, me worry?
  553.  
  554. I wasn't proposing this as a signalling technique... just thought it was
  555. interesting that that particular mathematical trick to minimize crest factor of
  556. a group of sinusoids turned out to synthesize a chirp-like waveform.  Of
  557. course, if we really wanted to use a chirp, it would be easier to use a
  558. dispersive delay line to generate and demodulate it.  Chirp modulation actually
  559. has been used successfully in HF modems as a spread-spectrum technique for
  560. beating multipath, e.g., do an "up-chirp" to send a 1, and a "down-chirp" to
  561. send a 0.  But you need bandwidth >> data rate to get a decent amount of
  562. processing gain out of it, so it is only good for low data rates (< 300 bps) if
  563. you are feeding it through an SSB rig.
  564.  
  565. *** More ***
  566.  
  567. #: 73900 S17/TAPR NNC/DSP
  568.     15-Apr-88  16:00:24
  569. Sb: #73841-Crest Factor Invariance?
  570. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  571. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  572.  
  573. Good point!  The crest factor is definitely NOT invariant under a frequency
  574. shift.  If we have a baseband signal s(t) and apply it to an SSB modulator to
  575. shift it to RF, the envelope of the new signal becomes:
  576.  
  577.          2          2  0.5
  578. {  [s(t)]  +  [h(t)]  }
  579.  
  580. where h(t) is the Hilbert transform of s(t).  The only signal whose envelope
  581. is invariant under this transformation is a single sine wave.  Whether the
  582. crest factor of a given signal is greatly altered by the transformation
  583. depends entirely on how well-behaved its Hilbert transform is.  For instance,
  584. the Hilbert transform of a square wave has infinite peaks, so you can get a
  585. really nasty peaky RF waveform if you feed one into an SSB transmitter.
  586. Fortunately, the Hilbert transform of most signals of interest does not blow
  587. up like this, and I think the effect of SSB modulation on the crest factor of
  588. signals like voice or multitone FSK is quite small.
  589.  
  590. I just read Tom's reply to you, and I think he is skating on thin ice.
  591. Conventional mixing produces a DSB signal which preserves the envelope of the
  592. baseband signal, but SSB modulation does not.
  593.  
  594. #: 73915 S17/TAPR NNC/DSP
  595.     15-Apr-88  23:48:00
  596. Sb: #73900-#Crest Factor Invariance?
  597. Fm: Tom Clark W3IWI 71260,3640
  598. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  599.  
  600. It looks to me that the 'thin ice' is only that the DC component
  601. of the baseband signal is indeterminate in the SSBSC case.
  602. .
  603. Franklin's point on filters is well taken. In past years I spent
  604. a lot of effort characterizing the filters (many are ceramic) in
  605. various radios for our satellite links. I found that the stock
  606. filters used in FT726's were very bad both for 1200 baud FSK and
  607. 400 baud Manchester (equivalent to 800 baud biphase) PSK. PSK was
  608. even more twichy with the 1200 baud modems.
  609. FT726s with the cheap Jap ceramic filters would work at 1200 baud
  610. only on LSB, but not on upper, due to the combination of filter and
  611. radio (audio) passband problems. The PSK data had to be centered
  612. at 1500-1600 Hz.
  613. Took a look at Kenwood and was very impressed with TS711/811 for
  614. VHF and TS940 on HF (that's why I bought them). The 711/811 have
  615. a bit more amplitude slope with frequency than I'd like but the group
  616. delay performance seems pretty good. Never tried ICOMs after the
  617. IC720 which was also quite good.
  618. In general my impression is that the filters in most modern radios
  619. are pretty good. Make sure that the modulation spectrum only fills
  620. about the central 80% of the passband, since the multi-pole filters
  621. give horrendous delay distortion as you get near the filter skirts.
  622. .
  623. Franklin -- never saw a reply on mouses -- does your interface assume
  624. stock Microsoft mouse?
  625.  
  626. *** There is a reply:   73928
  627.  
  628. *** More ***
  629.  
  630. #: 73928 S17/TAPR NNC/DSP
  631.     16-Apr-88  03:48:29
  632. Sb: #73915-Crest Factor Invariance?
  633. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  634. To: Tom Clark W3IWI 71260,3640 (X)
  635.  
  636. Thank you for the summary of your SSB rig filter results.  I had been meaning
  637. to ask you for same, but you beat me to it.
  638.  
  639. Re mouse interface in my spectrum analyzer pgm.. I assume the presence of a
  640. mouse driver for whatever mouse you have.  I make mouse driver calls that are
  641. compatible with both the microsoft mouse driver and the mouse systems corp
  642. mouse driver.  (and have tested with both)  I assume that most clone mice come
  643. with compatible drivers, and therefore should work.
  644.  
  645. Re filters again... how many poles in typical SSB rig IF filter?  maybe 6?
  646.  
  647. *** More ***
  648.  
  649. #: 73926 S17/TAPR NNC/DSP
  650.     16-Apr-88  03:40:13
  651. Sb: #73900-Crest Factor Invariance?
  652. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  653. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  654.  
  655. Oh.  Of course!  Ok, now i'm calibrated again.  Now i remember why i've always
  656. looked at this sort of thing using the complex signal model.  I will go back to
  657. that way of thinking immediately.
  658.  
  659. #: 74049 S17/TAPR NNC/DSP
  660.     18-Apr-88  16:40:17
  661. Sb: #73915-#Crest Factor Invariance?
  662. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  663. To: Tom Clark W3IWI 71260,3640 (X)
  664.  
  665. Tom, I think we're talking apples and oranges here.  The SSB signal can
  666. certainly be demodulated to yield an exact replica of the original baseband
  667. signal (with the possible exception, as you say, of a DC component).  All I'm
  668. saying is that the MODULATED SSB signal that you transmit will in general have
  669. a different waveform and crest factor than the baseband signal.  If the SSB
  670. waveform is ill-behaved, that makes it harder to transmit it faithfully such
  671. that the baseband signal can be recovered at the demodulator.
  672.  
  673. *** There is a reply:   74056
  674.  
  675. *** More ***
  676.  
  677. #: 74056 S17/TAPR NNC/DSP
  678.     18-Apr-88  18:33:37
  679. Sb: #74049-#Crest Factor Invariance?
  680. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  681. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  682.  
  683. I don't understand this.  Let us suppose that the baseband modulation is (say)
  684. 300 Hz wide and I multiply it by a complex sinusoid (modulate in a fashion that
  685. will allow me to derive SSB, these are completely equivalent). The amplitude of
  686. the sum of the tones (even multiplied) is less than or equal to the sum of the
  687. amplitudes by Pythagorean theorem.  The amplitude of the individual tones is
  688. TOTALLY UNAFFECTED by the multiplication by the complex sinusoid and the sum of
  689. the baseband waveforms is less than max over the sum of the amplitudes of the
  690. individuals making it up.  Thus the crest factor would be unaffected since it
  691. is this max.  What have I missed? If the 300Hz were put in the center of the
  692. SSB radio filters and it were reasonably flat etc etc is the reason for that at
  693. the beginning. Bob
  694.  
  695. *** There is a reply:   74065
  696.  
  697. *** More ***
  698.  
  699. #: 74065 S17/TAPR NNC/DSP
  700.     18-Apr-88  22:55:03
  701. Sb: #74056-Crest Factor Invariance?
  702. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  703. To: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  704.  
  705. I have worked out an explanation of the mathematics, and am preparing to type
  706. up and upload same.  Crest factor is defn'tly affected by SSB modulation.
  707. Darned hard to type this in plain ascii file without math symbols, etc.
  708.  
  709. #: 74051 S17/TAPR NNC/DSP
  710.     18-Apr-88  18:05:49
  711. Sb: #73447-HF Modems, Part 2
  712. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  713. To: Phil Karn, KA9Q 73210,1526
  714.  
  715. No problem doing soft decision decoding on these,  I do it all the time but I
  716. have the DAMNDEST time remembering what is or isn't transmittable if you catch
  717. the drift.  I will check into it and I am sure that Barry and Franklin will
  718. know about ways to soft decision decode these fellows, then I will know what
  719. the limits are. Bob
  720.  
  721.  
  722.  
  723. *** More ***
  724.  
  725. #: 74053 S17/TAPR NNC/DSP
  726.     18-Apr-88  18:06:35
  727. Sb: #73458-HF Modems
  728. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  729. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  730.  
  731. 1800 Hz sounds right.   These VBP tuning rigs are nice. Bob
  732.  
  733. #: 74069 S17/TAPR NNC/DSP
  734.     18-Apr-88  23:08:55
  735. Sb: RV-FFT's
  736. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  737. To: Bob McGwier 74615,1366
  738.  
  739. Found yet another article on Real-Valued FFTs that appears to be very similar
  740. to the Sorensen et al paper.  "Improved Fourier and Hartley Transform
  741. Algorithms application to Cyclic Convolution of Real Data" by Duhamel &
  742. Vetterli, IEEE-ASSP Jun '87.  Interesting data:  The article claims they wrote
  743. TMS32010 code that does 128-point real FFT in 572uS.  If i just multiply that
  744. up to what one would expect for a 1024-pt xform taking into account only
  745. required # arithmetic operations, i get 7mS!  Of course, 128 pts is small
  746. enough to fit in internal memory, so one should multiply in another factor of
  747. idunno what.  Vetterli is at Columbia U.  (martin@ctr.columbia.edu)  I sent him
  748. mail asking for the sources.  He forwarded my request to Duhamel (who works for
  749. a company called CNET in France somewhere).  He replied in the negative.
  750. Apparently CNET considers it proprietary.  Well poo.  These guys shouldn't be
  751. allowed to publish articles claiming discovery of new ("the best") algorithms
  752. without publishing source code.  That's the only proof that the algorithm is
  753. completely thought out!  I've read i dunno how many papers on the new
  754. Number-Theoretic-Transform techniques for example... everybody claims to have
  755. the next big hit algorithm, but none of them have thought it thru to the point
  756. where they have even programmed it... and they expect me to?
  757.  
  758. Back to Vetterli & Duhamel.. Does it sound like their FFT runs faster than the
  759. RVFFT you're writing?  If so, maybe it's worth a 2nd shot to see if they might
  760. donate same.  I delegate this task to you.  You're much more agressive than I.
  761.  
  762. #: 74080 S17/TAPR NNC/DSP
  763.     19-Apr-88  08:24:50
  764. Sb: Crest Factor ***!!!***
  765. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  766. To: ALL
  767.  
  768. I have just written a small writeup on my ideas re Peak-to-Average Ratio vs
  769. Crest Factor, how these change under SSB modulation, etc etc. Was gonna be a
  770. coupla pieces of mail, but it got out of hand.  It's now 13K long, so i'm
  771. uploading it to DL17.
  772.  
  773. This comes complete with mathematical doodles to augment the astoundingly clear
  774. and concise text.  I have inserted one small mathematical error to keep you on
  775. your toes, so read carefully.
  776.  
  777. [76337,1365]
  778. CREST.TXT                 19-Apr-88 13171
  779.  
  780.     Keywords: N6NKF CREST-FACTOR FSK HF PHASOR
  781.     
  782.     Writeup discussing Crest-Factor and Peak-to-Average Envelope Ratio of
  783.     signals composed of a sum of equal amplitude sinusoids.  These signals
  784.     arise in (n,m)-ary FSK modulation.  SSB modulation changes the crest-
  785.     factor of a signal, and this effect is discussed in detail.
  786.     
  787.     
  788. Crest Factor Evaluation of Multitone Waveforms under SSB Modulation
  789. Franklin Antonio, N6NKF,  4/19/88 5am edition
  790.  
  791. Summary:
  792. Crest Factor of a multitone waveform under SSB modulation is discussed.  
  793. Equations for crest factor of the transmitted waveform are developed.
  794. Crest Factor causes a loss in transmit power, which is calculated as
  795.  
  796.         Waveform        Xmit Power Loss
  797.         --------        ---------------
  798.         1-tone          0 db
  799.         2-tones         3 db (any phases, any frequencies)
  800.         3-tones         depends on frequencies and phases
  801.                         optimum unknown.  Probably >2 db
  802.  
  803.  
  804. Discussion:
  805.  
  806. Barry McLarnon has suggested the use of (n,m)-ary FSK modulation for an amateur
  807. radio HF modem.  During each modulation interval, the modulator would generate
  808. n out of m possible audio frequency sinusoids add them, and send them into the
  809. microphone input of an HF SSB transceiver.
  810.  
  811. An important characteristic of such multi-tone waveforms is their "crest
  812. factor".  This is the ratio of the waveform peak value to the waveform's RMS
  813. value.  Simple sine waves have a crest factor of sqrt(2), or 3db.  
  814.  
  815. The power amplifier in the HF transceiver is voltage limited, and we must 
  816. reduce the power level until the amplifer can handle the peaks.  (or at least 
  817. nearly so)  For example, if a PA is rated at 100W PEP (Peak Envelope Power), 
  818. and we feed it a waveform with a crest factor = CF, then we must reduce average
  819. power by 2/(CF^2).  If CF = 10, we must reduce our 100W rig to 2W, a 17db loss!
  820.  
  821. There has been some discussion of designing multi-tone waveforms specifically
  822. so that they will have a low crest factor.  One example in the literature is
  823. "Multitone Signals with Low Crest Factor", by Stephen Boyd, IEEE Ckts & Syst,
  824. Oct 1986, pp1018-1022, and "Comments on Multitone...", Ouderaa, Schoukens,
  825. Renneboog, IEEE C&S, Sept 1987, pp1125-1127.  
  826.  
  827. They looked at waveforms of the form..
  828.  
  829. s(t) = cos(W*t+P1) + cos(2*W*t+P2) + cos(3*W*t+P3) + ... + cos(n*W+Pn)    (1)
  830.  
  831. They then describe methods for choosing the phase offsets P1...Pn to minimize
  832. (or nearly minimize) the crest factor of s(t).  These guys have great sounding
  833. names, and they solve an interesting problem, but it isn't our problem.  
  834.  
  835. Important is the fact that we really care about the crest factor of the
  836. waveform AFTER SSB MODULATION.  (because that's where the power amp lives)
  837. SSB modulation changes the crest factor of a waveform.  To understand why,
  838. we have to do some math, which follows.  
  839.  
  840. Boyd, Ouderra, etc (BOSR) define crest-factor in a manner which doesn't 
  841. directly help us, because they didn't deal with SSB modulation, yet we must.
  842. You cannot derive the crest-factor after SSB modulation by knowing only the 
  843. crest-factor before modulation.  If you minimize the crest factor of a signal
  844. by varying some parameter of the signal (such as the relative phases of two
  845. sinusoidal components) then you haven't necessarily minimized the crest factor
  846. after SSB modulation.  Gobldegook, but it gets clearer later...
  847.  
  848. What is SSB modulation anyway?  It's really just a frequency shift, but that's
  849. easier to say than to write mathematically.  Consider a signal s(t).  Now
  850. what does that turn into when it's SSB modulated?
  851.  
  852. ssb(s(t))  =  cos(Wc*t+Pc)*s(t) - sin(Wc*t+Pc)*H(s(t))                     (2)
  853.  
  854. where, Wc and Pc are the frequency and phase of the local oscillator, and
  855. H() represents a Hilbert Transform.  The Hilbert Transform of a signal is
  856. simply the signal with every frequency component phase shifted 90 degrees.
  857.  
  858. Now let's try it with an example signal.  How about a square wave?
  859. [Square wave example was Barry's idea]  A square wave has the marvelous 
  860. property that it's crest factor = 1 !!!  Can't do better than that.  Would it 
  861. be a reasonable waveform to stick into an SSB modulator?  
  862.  
  863. Remember a description of a square wave from some class on Fourier theory...
  864.  
  865. s(t)    =  sin(t) + (1/3)sin(3t) + (1/5)sin(5t) + ...                 (3)
  866.  
  867. Because it's represented here as a sum of sin()'s, we immediately know how
  868. to compute it's Hilbert transform too.  Shift a sin() 90 degrees, and you just
  869. get a -cos()..
  870.  
  871. H(s(t)) = - cos(t) - (1/3)cos(3t) - (1/5)cos(5t) - ...                 (4)
  872.  
  873. Now note that while this example s(t) is very well behaved (ie CF=1), it's
  874. Hilbert Transform is very badly behaved.  It's crest factor is infinite!
  875. In particular, at t=0, we have 
  876.  
  877.           - 1 - (1/3) - (1/5) - ...
  878.  
  879. which is a series that doesn't converge, ie is infinite. (minus infinite
  880. actually)  Right here we have a hint that something that wasn't immediately
  881. obvious is going on.  
  882.  
  883. Substituting (3) and (4) into (2)...
  884.  
  885. ssb(s(t)) =   cos(Wc*t+Pc) * [ sin(t)+(1/3)sin(3t)+(1/5)sin(5t)... ]
  886.             - sin(Wc*t+Pc) * [ cos(t)+(1/3)cos(3t)+(1/5)cos(5t)... ]   (5)
  887.  
  888. We can decide what waveform we generate and send to the SSB modulator, and
  889. might, in some systems, be able to control the LO frequency Wc, but typically
  890. we will be entirely unable to control the LO phase Pc.  If we could choose
  891. Wc and Pc precisely, then we could make the large peaks of the cos(t)+...
  892. term occur when sin(Wc*t+Pc) was exactly zero.  We get to choose the signal
  893. we generate, but the devil can choose Pc, so to "rotate" our waveform thru
  894. any phase angle he chooses.  In the example, this means that ssb(s(t)) can take
  895. on very large (infinite actually) values.  All the devil has to do is choose
  896. Pc to make Wc*t+Pc be nonzero at time t=0, and the resulting ssb(t) blows up.
  897. Actually, because the frequency of the carrier, Wc, is large (maybe 14 MHz)
  898. relative to the frequency components of the input signal (audio frequencies),
  899. the carrier is whipping around so fast (ie Wc*t+Pc is changing so rapidly) that
  900. the carrier samples all the good and bad parts of both s(t) and H(s(t)).
  901. BOSR only deals with the case where Wc=0, Pc=0, hence they ignore H(s(t)).  
  902.  
  903. We took a waveform with Crest Factor = 1, and put it thru an SSB modulator.
  904. What came out had Crest Factor = Infinity.  This is not good.  
  905.  
  906. Now it turns out that luckily most waveforms are more well behaved than square
  907. waves under SSB modulation.  Most waveforms don't blow up like this, but the
  908. lesson is that we must look for the maximum value of the crest factor of 
  909. ssb(t) under all possible local oscillator phases.  Lets define a new measure,
  910. call it.. Peak/Avg Envelope Ratio (PAR):
  911.  
  912.    PAR(s(t)) = MAX [ CrestFactor( ssb(s(t)) ) ] / sqrt(2)                (6)
  913.                maximum taken over time and 
  914.                all possible values of Pc.
  915.  
  916. PAR() is the measure we should care about.  The sqrt(2) divisor makes PAR=1 
  917. (ie 0db) for a single sine wave.  When we look at other signals, PAR tells us 
  918. how far we have to turn down the signal power at the power-amplifer RELATIVE to
  919. the power level we could handle for a single sine wave.  A simpler definition
  920. of PAR() follows.  The math will get easier, and the sqrt(2) will go away.
  921.  
  922. Fortunately, we don't have to compute ssb(s(t)) for all possible Pc to figure
  923. out PAR(s(t)).  We can do it algebraically.  
  924.  
  925. I prefer to do the algebra with complex exponentials instead of sin()'s and
  926. cos()'s.  Sometimes it's simpler.  We use,
  927.  
  928.        exp(j*(W1*t+P1))                                                   (7)
  929.  
  930. to represent a sinusoid.  Here, j = sqrt(-1).  This seems gnarly to those who
  931. aren't used to it.  Remember in the above calculations, i had to evaluate the
  932. Hilbert Transform of signals.  You may think about the complex exponential as 
  933. mathematical trick that carries the Hilbert Transform around with every 
  934. signal, so that i don't have to calculate it as i go.  This is sometimes
  935. called the complex signal model.  Such complex signals are also sometimes
  936. called phasors.  I will try to use capital leters for phasors, and lowercase 
  937. for scalar (ie ordinary) signals.  Also, re[], and im[] mean the real and 
  938. imaginary part of a phasor.  For example,
  939.  
  940.         re[ Exp(j*W1*t+P1) ]  =  cos(W1*t+P1)                             (8)
  941.         im[ Exp(j*W1*t+P1) ]  =  sin(W1*t+P1)
  942.  
  943. In this notation, the formula for SSB modulation is simpler than before...
  944.  
  945.         ssb(S(t)) = re[ exp(j*(Wc*t+Pc)) * S(t) ]                         (9)
  946.  
  947. SSB modulation simply means multiply the signal phasor by the carrier phasor,
  948. then take the real part.  
  949.  
  950. We can also now redefine Peak-to-Average Envelope Ratio now in phasor terms.
  951. It becomes...
  952.  
  953.        PAR(S(t)) = MAX [ Mag(S(t)) ] / RMS[ Mag(S(t)) ]                   (10)
  954.  
  955. Now i only need take the MAX over time, whereas before the MAX was also over
  956. all possible LO phases.  The phasors carry around with them all the info i
  957. need to evaluate all phases simultaniously.  This definition is equivalent to
  958. the the previous one.
  959.  
  960.  
  961. Phasors on stun! ...
  962.  
  963. Let's immediately jump to some useful waveforms, ie (n,m)-ary FSK, for which
  964. each waveform of interest is a sum of n equal amplitude sinusoids of specified
  965. phase, and compute PAR.  Start with (2,m)-ary FSK.
  966.  
  967. If i generate a signal by adding two equal amplitude tones, can i cleverly
  968. pick the relative phases of the two tones to minimize the Peak-to-Average 
  969. Envelope ratio?  Here's such a two-tone signal, represented as a phasor.  The
  970. sqrt(2) normalizes S(t) so that it's RMS value is 1.
  971.  
  972.      S(t) = (1/sqrt(2)) * [ Exp(j*W1*t+P1) + Exp(j*W2*t+P2) ]             (11)
  973.  
  974. Now, using the following identities...
  975.             Exp(j*x) = cos(x) + j*sin(x)
  976.             sin(a) + sin(b) = 2 * sin((1/2)*(a+b)) * cos((1/2)*(a-b))
  977.             cos(a) + cos(b) = 2 * cos((1/2)*(a+b)) * cos((1/2)*(a-b))
  978.  
  979. we can put S(t) into a more form which makes it's properties more intuitive..
  980.  
  981.   S(t) =    sqrt(2) 
  982.           * cos[  ((W1-W2)*t+(P1-P2))/2] 
  983.           * Exp[j*((W1+W2)*t+(P1+P2))/2]                                  (12)
  984.  
  985. Ok, so at first it doesn't look very intuitive.  Ignore the stuff inside the
  986. parenthesis for a moment.  The Exp[] is a complex exponential which always
  987. has magnitude = 1.  The cos[] has it's maximum value = 1.  So, by immediate
  988. observation, we see that
  989.  
  990.      PAR(S(t)) = sqrt(2)                                                  (13)
  991.  
  992. You can choose the relative phases of the two sinusoids, P1 & P2, but you won't
  993. affect the Peak-to-Average Envelope!  It's always sqrt(2).  Ie you have to turn
  994. down the power by 3db to xmit the sum of two sinusoids.  How about that for a
  995. no-hope answer!  Interestingly, it doesn't generalize...
  996.  
  997. What happens for a sum of 3 sinusoids?  (ie for (3,m)-ary FSK)
  998.  
  999.    S(t) = (1/sqrt(3)) * [  Exp(j*W1*t+P1) 
  1000.                          + Exp(j*W2*t+P2)  
  1001.                          + Exp(j*W3*t+P3) ]                               (14)
  1002.  
  1003. The trig identity gods aren't with us this time, so the thing doesn't pop
  1004. out magically into something obvious.  (at least not under my hand)  But we 
  1005. can get an interesting result.  We want to put this thing into the form
  1006.  
  1007.    S(t) = a(t) * Exp( b(t) )                                              (15)
  1008.  
  1009. where a(t) and b(t) are real, just as before.  Then we'll look at the maximum
  1010. of a(t), and ignore b(t).  I'll spare you the intermediate trig doodles...
  1011.  
  1012.  a(t) = sqrt[ 1 + (2/3)*cos((W1-W2)*t+(P1-P2))                           (16)
  1013.                 + (2/3)*cos((W2-W3)*t+(P2-P3))   
  1014.                 + (2/3)*cos((W3-W1)*t+(P3-P1))  ]
  1015.  
  1016. Now, because we started with the goal of doing (3,m)-ary FSK, we know the
  1017. frequencies of the tones we want to generate, so W1,W2,W3 are known and fixed.
  1018. We now get to pick the relative phases RP1=P1-P2, and RP2=P2-P3. 
  1019.  
  1020. For the case W1,W2,W3 = 1,2,3, the phases RP1=0, RP2=pi produce PAR(S(t))=1.29,
  1021. (ie 2.2 db) which is probably near optimum for this choice of frequencies.  
  1022. Other frequency triplets will have other optimum phases.
  1023.  
  1024. So for every set of (W1,W2,W3) in the (n,m)-ary FSK, we can optimize RP1,RP2 
  1025. to minimize PAR(S(t)).  Because minimizing sqrt(x) is the same as minimizing 
  1026. x, we can drop the sqrt[] function and minimize what's inside.  Interestingly,
  1027. this looks a lot like what BOSR were doing, but it isn't the same.  In the 
  1028. case of a 3-tone signal, they chose phases to minimize
  1029.  
  1030.            abs [ cos(W1*t+P1) + cos(W2*t+P2) + cos(W3*t+P3) ]             (17)
  1031.  
  1032. and instead, we choose phases to minimize
  1033.  
  1034.                 1 + (2/3)*cos((W1-W2)*t+(P1-P2)) 
  1035.                   + (2/3)*cos((W2-W3)*t+(P2-P3)) 
  1036.                   + (2/3)*cos((W3-W1)*t+(P3-P1))                          (18)
  1037.  
  1038. which, amazingly, is a nearly equivalent form.  Unfortunately, the phase 
  1039. values that minimize one do not necessarily minimize the other.
  1040.  
  1041. The equations above for the 3-tone case can be easily generalized for the 
  1042. n-tone case.  I haven't been able to solve for the optimal values of PAR
  1043. or the phases producing same directly, but a computer program could be easily
  1044. written to evaluate (18) for every frequency triple (W1,W2,W3), trying phases
  1045. RP1,RP2 each in [0,2pi], on a 64x64 grid, for each calculation varying t in 
  1046. [0,lcm periods 1/W1,1/W2,1/W3].
  1047.  
  1048.  
  1049. Franklin Antonio, N6NKF
  1050.  
  1051. #: 74101 S17/TAPR NNC/DSP
  1052.     19-Apr-88  16:34:17
  1053. Sb: #74056-Crest Factor Invariance?
  1054. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  1055. To: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1056.  
  1057. The only incorrect statement you've made is "the crest factor would be
  1058. unaffected since it is this max".  The crest factor can be much less than the
  1059. sum of the max amplitudes of the individual sinusoids if you're clever about
  1060. how you choose their frequencies, amplitudes, and phases.  The problem is that
  1061. the SSB frequency shift messes up the relationship you've so carefully
  1062. constructed.
  1063.  
  1064. Consider what it takes to make a signal with a low crest factor like a square
  1065. wave: a series of odd-order harmonically-related sinusoids with just the right
  1066. amplitude and phase.  In other words, a bunch of phasors spinning merrily in
  1067. sync so that they never can gang up and create a big peak.  Now if we do a
  1068. frequency shift, we have destroyed the harmonic relationship.  The series
  1069. becomes divergent, and the phasors are free to run amok and mess up the crest
  1070. factor.
  1071.  
  1072. Barry
  1073.  
  1074. #: 74109 S17/TAPR NNC/DSP
  1075.     19-Apr-88  18:54:10
  1076. Sb: #74065-#Crest Factor Invariance?
  1077. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1078. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365 (X)
  1079.  
  1080. Please do since I am really confused.  You should have seen me trying to do
  1081. differential equations and multiple integrals in ascii before a meeting in
  1082. Boulder last year so that the Phase IV team could see my attitude control work
  1083. for the geo satellite.  Tom can attest to the fact that it was painful to say
  1084. the least. Bob
  1085.  
  1086.  
  1087.  
  1088. *** There is a reply:   74145
  1089.  
  1090. *** More ***
  1091.  
  1092. #: 74145 S17/TAPR NNC/DSP
  1093.     20-Apr-88  14:46:27
  1094. Sb: #74109-Crest Factor Invariance?
  1095. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  1096. To: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1097.  
  1098. CREST.TXT has been uploaded.  Have you grabbed a copy yet? I'd like to get some
  1099. consensus on this before i upload the next bombshell.
  1100.  
  1101. *** More ***
  1102.  
  1103. #: 74113 S17/TAPR NNC/DSP
  1104.     19-Apr-88  18:54:42
  1105. Sb: #74101-Crest Factor Invariance?
  1106. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1107. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  1108.  
  1109. I agree that can be done so long as the frequencies are not rationally related.
  1110. That is all that means.  They must have an irrational ONLY relationship to fall
  1111. below the max amplitude or else you are guaranteed that the max amplitude will
  1112. be achieved.  This is like beat notes achieving the sum of the amplitudes only
  1113. if the angular frequencies are rationally related. If what I have said here is
  1114. wrong, I am really confused. Bob
  1115.  
  1116.  
  1117.  
  1118. *** More ***
  1119.  
  1120. #: 74110 S17/TAPR NNC/DSP
  1121.     19-Apr-88  18:54:18
  1122. Sb: #74069-RV-FFT's
  1123. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1124. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365 (X)
  1125.  
  1126. Yes I found that one in the same journal you pointed out to me and have a copy
  1127. of it.  I am working on that code now.  Tom picked up your board a little while
  1128. ago and will be bringing it to Dayton.  See you there. Bob
  1129.  
  1130.  
  1131.  
  1132. *** More ***
  1133.  
  1134. #: 74111 S17/TAPR NNC/DSP
  1135.     19-Apr-88  18:54:27
  1136. Sb: #74069-RV-FFT's
  1137. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1138. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365 (X)
  1139.  
  1140. Sure I will go after them.  Etienne Pardoux, their boss, invited me to give a
  1141. talk there and at INRIA next spring.  Think I should include that in the price
  1142. of admission? I will definitely try and code that.  I was already going to do
  1143. all of them as I believe, as you do, that "the proof is in the pudding" or the
  1144. code as it were. Bob
  1145.  
  1146. #: 74126 S17/TAPR NNC/DSP
  1147.     19-Apr-88  23:26:46
  1148. Sb: TMS320C25 development
  1149. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1150. To: ALL
  1151.  
  1152. I have to report a little "luck of the Irish."  I had to go to the UK as many
  1153. of you know and I couldn't attend ICASSP (Int. Conf. on Acoustics, Speech, and
  1154. Signal Pro.) in NYC.  I had tickets to several events that T.I. had put on
  1155. while there.  I gave them to my partner in crime at work, Maureen Quirk (hey,
  1156. with a Ph. D. in E.E. in DSP and Irish to boot how could we not be partners). 
  1157. Dutifully putting these tickets in the proper place at the meeting, she won a
  1158. $5000 in TMS320C25 plug in card for the PC with all their development software
  1159. and other stuff.  She said, "I couldn't figure out how I would use it and
  1160. started to give it back but figuring that you would ring my neck if I gave it
  1161. back, I brought it home to see if you could use it."  I plugged it in today and
  1162. had a bit of fun to say the least.  It has an indefinite home ;-). Bob
  1163.  
  1164. #: 74155 S17/TAPR NNC/DSP
  1165.     20-Apr-88  21:51:58
  1166. Sb: #74145-Crest Factor Invariance?
  1167. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1168. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365 (X)
  1169.  
  1170. I have downloaded it but have not made it through it.  I am spending all free
  1171. time calculating moments of inertia and center of gravity for PACSAT for the
  1172. Ariane Espace which have to have them by next Friday and I leave for D.C. to
  1173. spend a couple of days with Tom and for work there on Monday so they have to be
  1174. done before the Dayton festivities start. Bob
  1175.  
  1176.  
  1177.  
  1178. *** More ***
  1179.  
  1180. #: 74173 S17/TAPR NNC/DSP
  1181.     21-Apr-88  08:36:24
  1182. Sb: #74145-Crest Factor Invariance?
  1183. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  1184. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  1185.  
  1186. Looks good to me, Ace.  Let's have the next installment!
  1187.  
  1188. *** More ***
  1189.  
  1190. #: 74172 S17/TAPR NNC/DSP
  1191.     21-Apr-88  08:36:05
  1192. Sb: #74113-Crest Factor Invariance?
  1193. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  1194. To: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1195.  
  1196. Hmmm.  Just a problem of semantics, I guess.  I'm not sure whether we have any
  1197. disagreement here at all.  Anyway, onward!
  1198.  
  1199. #: 74189 S17/TAPR NNC/DSP
  1200.     21-Apr-88  22:26:43
  1201. Sb: #74172-Crest Factor Invariance?
  1202. Fm: Bob McGwier N4HY 74615,1366
  1203. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  1204.  
  1205. Right.  I sure am looking forward to Dayton, see you there! Bob
  1206.  
  1207. #: 74213 S17/TAPR NNC/DSP
  1208.     22-Apr-88  10:42:00
  1209. Sb: Mailing
  1210. Fm: Lyle Johnson, WA7GXD 76246,565
  1211. To: DSPers
  1212.  
  1213. I gave the four sheets of schematics to Cris this afternoon, along with nine
  1214. pages of notes.  She will get them duplicated and mailed out tomorrow, so we
  1215. slipped the schedule again...
  1216.  
  1217. Eric is getting his PC set up to do PC layout work.  When I get back from
  1218. Chicago, I will get the CAD package copy out to Tom so we can exchange board
  1219. layouts, schematics, etc., via CIS up/down load, or diskettes, or whatever.
  1220.  
  1221. If you think you are on the list for this information, and don't have your copy
  1222. by the end of next week, let Cris know at the office (not me!) and she will
  1223. verifyand get the stuff eroute to you.
  1224.  
  1225. Cheers -- and enjoy Dayton for me, I won't be back on here until then --
  1226.  
  1227. Lyle
  1228.  
  1229.  
  1230. #: 74259 S17/TAPR NNC/DSP
  1231.     23-Apr-88  20:16:43
  1232. Sb: #74173-Crest Factor Invariance?
  1233. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  1234. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  1235.  
  1236. I just finished the long awaited 2nd installment of the crest factor writeup. 
  1237. This one includes results of computer search for optimum phases for (3,10)-ary
  1238. FSK.  Even reaches a conclusion.  File uploaded into DL17 as CRES2.TXT.
  1239.  
  1240. [76337,1365]
  1241. CRES2.TXT                 23-Apr-88 6267               Accesses: 3
  1242.  
  1243.     Keywords: N6NKF CREST-FACTOR FSK
  1244.     
  1245.     Results of experiments to optimize the phases of individual tones within an
  1246.     (n,m)-ary FSK waveform to minimize waveform peaks.  This writeup is 2nd in
  1247.     a series.  First writeup can be found in CREST.TXT.  If you haven't read
  1248.     the first one yet, read this at your own risk.
  1249.     
  1250.  
  1251. Results of (n,m)-ary FSK Phase Optimization Experiment     4/23/88 11am
  1252. Franklin Antonio, N6NKF
  1253. (this is a working paper -- do not republish)
  1254.  
  1255. The idea was to find relative phases of three sinusoids, such that when they
  1256. are added, the peak-to-average envelope ratio of the result is held as low
  1257. as possible.
  1258.  
  1259. This problem arises out of the desire to use a modulation where during each
  1260. modulation symbol time, n out of a possible m tones are transmitted
  1261. (ie (n,m)-ary FSK).  Power amplifiers in SSB rigs are peak-power-limited,
  1262. so the peak-to-average envelope ratio, (PAR), if greater than 1, will force us 
  1263. to reduce the average power level at the transmitter.  If some parameter, say
  1264. for example, the relative phases of the n tones, could be chosen to minimize
  1265. PAR, and thus allow us a higher average power, then it should be.  In the 
  1266. previous writeup, i argued that peak-to-average envelope is the right measure 
  1267. to use, and developed equations from which PAR can be calculated given the 
  1268. frequencies and phases of the tones.
  1269.  
  1270. In the previous writeup (CREST.TXT) i showed that for the (2,m)-ary FSK case,
  1271. PAR always = sqrt(2), no matter what phases are used.  This means you can't
  1272. choose optimum phases in the two-tone case, 'cause there aren't any.
  1273.  
  1274. In the three tone case, i derived eqn-16, for the envelope of a unit power 
  1275. three-tone signal as a function of the frequencies and phases of the three 
  1276. tones.  Because the signal is unit power, this is the PAR directly, ie we don't
  1277. have to divide by the RMS power.  I sure hope this equation is correct.
  1278.  
  1279.  a(t) = sqrt[ 1 + (2/3)*cos((W1-W2)*t+(P1-P2))                           (16)
  1280.                 + (2/3)*cos((W2-W3)*t+(P2-P3))   
  1281.                 + (2/3)*cos((W3-W1)*t+(P3-P1))  ]
  1282.  
  1283. For any values of W1,W2,W3,P1,P2,P3, PAR is simply this equation, maximized
  1284. over all values of t in [0,2pi].  Assuming we want to transmit (3,10)-ary FSK, 
  1285. we want to try all combinations of three out of 10 tones.  That is, we want
  1286. to try every combination of W1,W2,W3 chosen from [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10],
  1287. and for each such case, find optimum phases and the resulting PAR.
  1288.  
  1289. I wrote a Fortran program to do this.  The program uses a brute force search 
  1290. procedure.  The program assumed P1=0, and did it's two-dimensional search over 
  1291. P2 & P3 in [0,2pi].  (There are really only two free variables, because it's 
  1292. the relative phases that matter.)  To verify that this program was running 
  1293. correctly, i made an Excel spreadsheet into which i could pop the resulting 
  1294. frequencies and phases, and get on-screen plots of the resulting waveforms.  
  1295. (I ran the optimizing program on the IBM-AT, and did the spreadsheet on the 
  1296. MAC+.)  Hopefully, this verifies correctness of eqn-16, and the optimization
  1297. program.  (but feel free to verify this yourself)
  1298.  
  1299. Here are some of the results.  The first three columns are the frequencies, 
  1300. the next three are the optimum phases, and finally, the PAR.  Remember, PAR = 1
  1301. = 0 db is as good as a single sinusoid, while PAR = sqrt(3) = 1.73 = 4.77 db 
  1302. is as bad as it is possible to do with three sinusoids, at the worst possible 
  1303. phases.  You will note that the P1 column is always 0.  
  1304.  
  1305. [For those of you who think in terms of 'crest factor'... Crest factor is
  1306. defined including another sqrt(2), so you can add 3 db to all the PAR's   ]
  1307.  
  1308. The first case that cranked out was encouraging...
  1309.  
  1310.         W1 W2 W3    P1    P2      P3        PAR
  1311.  
  1312.         1  2  3   .0000  2.356  1.570      1.291
  1313.  
  1314. That's not bad.  20*log10(1.29) = 2.2 db.  An encouraging result.  Ok, one
  1315. down, 119 cases left to try.  Another interesting point, is that all the
  1316. other cases with equally-spaced tones, ie the triplets [2,3,4], [3,4,5],
  1317. [4,5,6],...[1,3,5],[2,4,6],...[1,4,7],[2,5,8],...[1,5,9],[2,6,10], all have
  1318. optimum phases which produce a PAR = 1.29 .
  1319.  
  1320. Here are some more of the results...
  1321.  
  1322.         1  2  4   .0000  2.356  3.926      1.533
  1323.         1  2  5   .0000  .0000  3.141      1.622
  1324.         1  2  6   .0000  1.571  4.712      1.664
  1325.         1  2  7   .0000  .7854  1.571      1.683
  1326.         1  2  8   .0000  .0000  3.141      1.693
  1327.         1  2  9   .0000  1.571  3.141      1.699
  1328.         1  2 10   .0000  .0000  3.141      1.710
  1329.         ...
  1330.         1  3  4   .0000  1.571  .7854      1.534
  1331.         1  3  5   .0000  .0000  3.141      1.289
  1332.         1  3  6   .0000  .0000  1.571      1.657
  1333.         1  3  7   .0000  1.571  1.571      1.531
  1334.         1  3  8   .0000  1.571  .7854      1.692
  1335.         ...
  1336.         3  4  5   .0000  1.963  .7854      1.291
  1337.         3  4  6   .0000  1.571  1.571      1.535
  1338.         3  4  7   .0000  .3927  4.712      1.624
  1339.         3  4  8   .0000  .0000  3.141      1.665
  1340.         3  4  9   .0000  .0000  3.141      1.686
  1341.         3  4 10   .0000  .3927  5.890      1.699
  1342.  
  1343. Some patterns emerge.  First, all those phases look familiar, don't they?
  1344. They're simple rational numbers * pi.  0.3927 = pi/8, for example.  Makes me
  1345. wish i had solved the thing algebraically.  As a practical matter, of course,
  1346. brute force computer generated numbers are as good as any.
  1347.  
  1348. There are multiple solutions, ie multiple values of P2,P3 that achieve the 
  1349. same PAR.  For example, whenever W1=1 & W2=2, the phases (0,0,pi) are also 
  1350. solutions.  The computer simply picks one of the possibilities.  It also
  1351. appears that whenever W1=1 & W2=3, one of the following sets of phases (but not
  1352. both): (0,0,pi) or (0,0,pi/2) always works.  I haven't tried to prove this.  
  1353. I just discovered it while playing around.
  1354.  
  1355. Notice that as the spacing between the tones becomes more disparate, the 
  1356. best achievable PAR gets worse and worse.  For most choices of frequencies, in 
  1357. fact, the best possible PAR is very very close to the worst possible PAR.
  1358.  
  1359.         1.710    -->  4.66 db    best possible for tones @ 1,2,10
  1360.         sqrt(3)  -->  4.77 db    worst possible any 3 tone freq & phase
  1361.  
  1362.  
  1363. Conclusion:
  1364.  
  1365. A few combinations of tones have optimized phases that can reduce the peak-to-
  1366. average by as much as 2.6 db (ie reduce from 4.7 db for naive adding, to 2.2 db
  1367. as in the case of the optimized 1-2-3 signal).  Unfortunately, there are many 
  1368. other combinations of tones for which the optimum is within a few percent of 
  1369. the worst possible choice of phases.
  1370.  
  1371. My conclusion, at this point, is that optimization of phases in a 3-tone signal
  1372. is NOT worthwhile.  
  1373.  
  1374. #: 74405 S17/TAPR NNC/DSP
  1375.     26-Apr-88  13:14:29
  1376. Sb: #74259-Crest Factor Invariance?
  1377. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  1378. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  1379.  
  1380. Thanks for your analysis.  I agree with your conclusion as far as n = 3 is
  1381. concerned.  To wax philosophical a bit, I think this all makes sense from an
  1382. information theory point of view.  We have a set of tones with a certain number
  1383. of degrees of freedom, in terms of amplitude, frequency, and phase. If we use
  1384. these degrees of freedom to the max in order to transmit information at
  1385. something approaching the channel capacity, we have nothing left over to
  1386. control the crest factor with.  On the other hand, if we minimize the crest
  1387. factor, we have little or no degrees of freedom left with which to send
  1388. information.  The only open question, I think, is whether some useful
  1389. engineering tradeoffs might exist between the two extremes for n >> 3.
  1390.  
  1391. #: 74446 S17/TAPR NNC/DSP
  1392.     26-Apr-88  23:41:40
  1393. Sb: #74405-Crest Factor Invariance?
  1394. Fm: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  1395. To: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651 (X)
  1396.  
  1397. Your philosophical argument is a bit hand-wavey.  ... but agrees with a
  1398. fundamental principle i hold dear... "conservation of difficulty". My intuition
  1399. at this point makes me believe that nothing will help you (including n >> 3) if
  1400. you want tones that are not evenly spaced. In general, a sum of tones will
  1401. always achieve the worst case peak except for the very very special case where
  1402. they are evenly spaced, or nearly so. Of course, that's just my intuitive
  1403. reaction to the results so far.  I can't prove it.
  1404.  
  1405. Doing computer optimization for n>>3 will be real hard unless we get some more
  1406. results from the math to help us.  Notice that all the computer optimized
  1407. phases came out to be pi * ratio of small integers.  If we could PROVE that
  1408. that would always happen, then the computer search could be MUCH faster.  If
  1409. you have any ideas along these lines, pls share 'em. My thoughts at this point
  1410. are to look to waveforms other than sums of sinusoids.
  1411.  
  1412. My pgm to optimize for n=3 was a quick & dirty.  Used floating-point math, etc.
  1413. Probably would have to be redone from scratch to do anything useful beyold
  1414. maybe n=4.
  1415.  
  1416. #: 74458 S17/TAPR NNC/DSP
  1417.     27-Apr-88  08:26:49
  1418. Sb: HF Modem Stuff
  1419. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  1420. To: DSP'ers
  1421.  
  1422. One of my colleagues recently returned from the IEE Conference on HF Radio
  1423. Systems and Techniques.  I just had a look through his copy of the proceedings,
  1424. and thought I'd relate a few tidbits.
  1425.  
  1426. High-speed adaptive serial modems continue to be a hot area for research,
  1427. stimulated by the interest in same in military circles.  As you'd expect, these
  1428. modems make heavy use of DSP techniques.  Just to give you the flavor of what's
  1429. involved in making one of these beasties run, consider the 2400 bps design
  1430. described by GEC/Marconi in the UK.  It uses a single QPSK signal with a raw
  1431. symbol rate of 1500 baud, of which 300 baud is used for adaptation of the
  1432. equalizer by inserting a 40-symbol training sequence into the data, 7.5
  1433. times/sec.  Processing power needed to implement the demodulator?  A cool 40
  1434. MIPS or so!  It uses a multiprocessor architecture and bit-slice technology.
  1435. They use 12-bit (yeah!) A/D conversion and 12 kHz sample rate in the modem
  1436. front end.
  1437.  
  1438. Coming back to reality... Harris Corp described their "automated link
  1439. establishment" HF data system, which uses 8-ary FSK and a symbol rate of 125
  1440. baud to achieve a throughput of 375 bps.  Four ms (2 ms at each end) of the 8
  1441. ms symbol period are discarded in the demodulator to protect against multipath
  1442. ISI.  The modem is implemented in a single (unspecified) DSP chip. They also
  1443. mention the use of Golay (24,12) error-correction coding, but no details are
  1444. given.  Golay seems to be the "in" code these days, as I saw it mentioned as
  1445. part of at least three different HF systems.
  1446.  
  1447. On a more ominous note, there were no fewer than 10 papers on HF radar.  The
  1448. authors were from 4 different countries (UK, France, Australia, China), so it
  1449. looks like lots of people want to get into the game with the two superpowers
  1450. currently engaging in this form of spectral pollution.
  1451.  
  1452. #: 74461 S17/TAPR NNC/DSP
  1453.     27-Apr-88  10:13:42
  1454. Sb: #74446-Crest Factor Invariance?
  1455. Fm: Barry McLarnon VE3JF 71470,3651
  1456. To: Franklin Antonio, N6NKF 76337,1365
  1457.  
  1458. Hand-waving arguments are my specialty!
  1459.  
  1460. I have no proofs either, but your intuition seems sound enough.  There seems
  1461. little doubt that the best cases are those with even spacing.  While this may
  1462. or may not prove to be useful, it is something to keep in mind when choosing a
  1463. set of waveforms for signalling.  Taking your example of (10,3)-ary FSK, for
  1464. instance, we could choose 64 of the 120 possibilities as our signal set, and
  1465. signal at 6 bits/baud.  On the other hand, 20 (or so) of the combinations have
  1466. evenly-spaced tones, so we could choose 16 of these and signal at 4 bits/baud.
  1467. So we can trade off bit rate (or bandwidth) to get improved crest factor. This
  1468. sort of tradeoff *might* be useful when we're talking about 300 bps modems, but
  1469. seems very doubtful at 1200 bps.
  1470.  
  1471. Here's another thought, just to muddy the waters a bit more:  How long does it
  1472. take for an ensemble of sinusoids with a particular set of starting phases to
  1473. reach their worst case peak?  Perhaps we should be trying to minimize the crest
  1474. factor of the waveform only over a finite duration, namely, one symbol period. 
  1475. We don't care what happens after that, since we will be starting a new waveform
  1476. at that point.  Does this additional constraint help at all?
  1477.  
  1478. BCNU@Dayton!
  1479.