OFDM (ортогональное мультиплексирование частот­ных каналов) – ЧАСТЬ 1

В сетях беспроводной связи сигналы подвергаются искажениям вследствие частотно-селективных замираний (см. раздел 2), обусловленных многолучево- стью распространения радиоволн. Данный эффект наблюдается при ширине по­лосы сигнала большей, нежели ширина полосы когерентности канала. При ти­повом для современной застройки среднеквадратическом отклонении значении задержки (времени рассеяния) о =1^2 мкс ширина полосы когерентности канала составляет примерно 100-^200 кГц [17]. Накладывая на полосу канала такое огра­ничение по ширине, невозможно обеспечить скорость передачи информации, адекватную перспективным требованиям (глава 1). Поэтому радиоинтерфейсы перспективных беспроводных систем создаются на базе новых принципов сиг- налообразования, связанных с т.н. технологией OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) и методами расширения спектра сигналов (рассматрива­ются нами в разделе 2.5).

Напомним, под мультиплексированием понимают организацию передачи данных по нескольким логическим каналам данных, используя один физиче­ский канал. Различают мультиплексирование с разделением по частоте, по вре­мени и по коду. Присутствие термина «мультиплексирование» (.Multiplexing) в названии нового метода OFDM-модуляции, о котором пойдет речь ниже, станет лексически понятным из дальнейшего изложения.

Классификация основных видов цифровой модуляции, используемых временных системах беспроводного связи, показана на рис. 2.24.

Основная идея OFDM заключается в том, что полоса пропускания канала разделяется на группу узких полос (субканалов), каждая со своей поднесущеи. На всех поднесущих сигнал передается одновременно, что позволяет обеспе­чить практически сколь угодно большую общую скорость передачи информа­ции при небольшой скорости передачи в каждом отдельном субканале. По сути,

OFDM трансформирует широкополосный частотно-избирательный канал во множество параллельных неизбирательных по частоте узкополосных каналов. Такая схема успешно противостоит многолучсвости, если временная протяжен­ность символов на всех поднесущих превышает наибольшую задержку сигнала. Ортогональность поднесущих и предотвращение межсимвольной интерферен­ции обеспечивается введением в структуру сигнала рассматриваемого ниже ци­клического префикса.

Сигнал OFDM состоит из N ортогональных поднесущих, модулированных N параллельными потоками данных. Частотная независимость образуемых та­ким образом субканалов обеспечивается взаимной ортогональностью поднесу­щих, которая определяется соотношением (рис. 2.25):

В выражении (2.9) переменная Ts – длительность OFDM-символа,^ и fk~ со­ответственно несущие частоты п-то и к-то субканалов. При этом каждый символ передается ограниченной по времени синусоидальной функцией. Спектр элемен­та сигнала на к-й поднесущей (в &-м субканале) описывается функцией вида:

I’

Легко видеть, что (2.12) отличается от (2.11) только постоянным (в пределах каждого субканала) коэффициентом Нк. Благодаря применению циклического префикса определенный интеграл, вычисляемый на интервале [0, п 7] для любой частоты^ не изменяет своего значения при временных сдвигах между симво­лами на разных поднесущих (в пределах А). Различия между коэффициентами канала Нк легко устраняются с помощью эквалайзера [18].

Таким образом, выбирая длительность циклического префикса из усло­вия Д>ДЛ (он должен быть больше наибольшей задержки распространения), удается избежать взаимного влияния смежных по времени символов сосед­них частот. Использование циклического префикса позволяет устранить как МКИ, так и МСИ (поскольку префикс одновременно является защитным ин­тервалом).

Предотвращая возникновение МСИ и МКИ, циклический префикс является одним из способов повышения помехоустойчивости связи за счет использования временной избыточности. «Плата» за полученный выигрыш, как с точки зрения энергетических затрат, так и в смысле потерь в скорости передачи информации одинакова и определяется одной и той же величиной (см. рис. 2.26):

В табл. 2.2 приведены основные параметры, характеризующие систе^ му связи на основе OFDM. Иллюстрация на рис. 2.27 поясняет 0СН°ВщеМ идеи технологии OFDM на примере формирования сигналов в переда тракте.

Термины, определения и параметры сигналов OFDM

Параметр

Определение (характеристика)

Номинальная полоса AF

Полоса частот, выделенная системе AF = F^l п

Используемая полоса частот AF

U

Фактически занимаемая сигналом полоса частот: AFu=7VuxA/ Используемая полоса меньше номинальной

Частота дискретизации Fs

Частота следования отсчетов непрерывного сигнала (тактовая частота сигнального процессора OFDM)

Фактор дискретизации (sampling factor) ns

Отношение частоты дискретизации к ширине полосы частот канала: п$ = F% /АF (типовое значение ~ 8/7)

Размер окна БПФ, N=NfFT

Размерность БПФ, осуществляемого сигнальным процессором. Типовое значение: 256 (для OFDM) или 2048 (для OFDMA). Совокупность простых символов, передаваемых одновременно на NfVJ поднесущих, иногда называют БПФ-символом

Частотный разнос между поднесущими А/

Расстояние между двумя смежными поднесущими на частотной оси: Af=F&/ NFFJ = F&/ N

Длительность полезной части OFDM-символа Т. .

inf

Длительность (временная протяженность) «информационной» части OFDM-символа (интервал ортогональности) Tinf— 1/А/

Длительность защитного интервала (циклического префикса) Тср

Т =G*T

CP inf

Удельная доля защитного интервала G может принимать значения 1/4, 1/8, 1/16 или 1/32

Длительность символа OFDM: Ts

OFDM-символ состоит из полезной (информационной) части и циклического префикса: Т$ = Ты + Тср

Количество используемых поднесущих Nu

Число используемых поднесущих Nu < NfFJ зависит от размера защитных полос. Включает поднесущие для передачи данных и пилотные поднесущие: /V = iVdata +vVpilot. Например, в случае jVfft=256, jVu =200

«Нулевые» поднесущие

Частотные позиции, используемые для образования защитных полос. К ним также причисляют немодулированную несущую на центральной частотной позиции OFDM-канала

Приведем численный пример, характеризующий типовые параметры сигна лов телекоммуникационной системы на основе технологии OFDM [19]:

•                                                                                                                                                                                                                                                 размерность окна БПФ: tfFFT = 256 поднесущих;        _

•                количество используемых («информационных») поднесущих Na – ZUU, – из них количество поднесущих пилотных поднесущих: N – 8,

•                число поднесущих, используемых для передачи данных: Adata 1 УД

•                ширина полосы частот, выделенная системе: AF- 7 МГц; фактор дискретизации п = 8/7.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100