Системы LTE

(!) P_Step – период расположения пилотов в спектре OFDMA, т.е. если P_Step = 5, то каждая 5-я поднесущая будет являться пилотной поднесущей. P_Left и P_Right – левая и правая границы расположения пилотов (условие - P_Left и P_Right не должны превышать значения FFT_Size/2).

Чтобы пилотные поднесущие не накладывались на поднесущие с данными, нужно задать уравнение, по которому будут определяться индексы поднесущих каналов данных. Уравнение и пояснение для первого канала приведено на рисунке 9.12.

Рисунок 9.12 – Определение индексов поднесущих для передачи данных

Укажите уравнения для остальных каналов самостоятельно (диапазон индексов возьмите [-100: -51] для 2-го канала и [51:100] для 3-го). Таким образом 3 канала с данными и опорный сигнал распределены по спектру. Спектральные отсчеты OFDMA-символа на входе OFDM-модулятора представлены на рисунке 9.13. Здесь отмечены пилотные поднесущие (синие) и поднесущие с данными (красные):

Рисунок 9.13 – Спектральные отсчеты OFDMA-символа

30

Полная схема формирования OFDMA-символа представлена на рисунке

9.14.

Рисунок 9.14 – Полная схема формирования OFDMA-символа с опорным сигналом

4. Эквалайзер

Задачей эквалайзера является коррекция частотно-селективных искажений в спектре OFDMA-символа. Схема генератора комплексно сопряженного опорного сигнала в приемнике изображена на рисунке 9.15.

Рисунок 9.15 – Схема генератора комплексно-сопряженного опорного сигнала

Передаточная функция канала распространения вычисляется путем перемножения отсчетов комплексно-сопряженного сгенерированного в приемнике опорного сигнала и извлеченных после прямого преобразования Фурье отсчетов опорного сигнала принятого OFDMA-символа (рис. 9.16).

31

Рисунок 9.16 – Определение оценки передаточной функции канала

Так как передаточная функция канала определена только для 41-й поднесущей, требуется интерполировать (блок Interpolator) передаточную функцию на весь спектр OFDMA-символа.

Рисунок 9.17 – Процедура интерполяции АЧХ канала

В параметрах интерполятора указываются значения, представленные на рисунке 9.18.

Рисунок 9.18 – Параметры интерполятора

Далее спектр принятого OFDMA-символа перемножается с обратной

интерполированнойпередаточнойфункциейканала. Дляэтоготребуетсявзять

32

обратную функцию (блок Inverse_M - Model: InverseCx_M) от результата интерполяции и разместить его в спектре. Полная схема модели простейшего эквалайзера изображена на рисунке 9.19.

Рисунок 9.19 – Полная схема модели эквалайзера

Чтобы наглядно увидеть результат работы эквалайзера, постройте графики спектральнойплотностимощностиOFDMAсимвола для 3-х случаев: 1) – в передатчике, 2) – в приемнике до эквалайзера; 3) – в приемнике после эквалайзера. На рисунках изображен процесс эквалайзирования. На первом графике видно, что на спектр OFDMA-символа накладывается функция канала распространения, в следствие чего появляются частотные искажения, нарушение условия ортогональности частот

33

поднесущих и, как следствие, амплитудные искажения из-за наложения соседних поднесущих друг на друга. Эквалайзер вычисляет передаточную функцию канала с помощью обработки опорного сигнала, после чего компенсирует влияние канала.

5. Обработка канальных данных

После процедуры эквалайзирования становится возможным корректная демодуляция данных в каждом канале. Обработка канальных данных остается такой же, как в предыдущей работе, посвященной OFDMA. Отсчеты с выхода эквалайзера поступают на вход канального селектора, который выбирает отсчеты соответствующего канала. Отсчеты с выхода канального селектора поступают на вход демодулятора. Канальный селектор и демодулятор уже реализованы в подсистеме Data_Channel_Demod. Добавьте (либо соедините, если добавлены) на схему 3 подсистемы и соедините вход каждой с выходом эквалайзера. С выхода Bits – демодулированные биты сообщения, с выхода Modul_Symbols – отсчеты с канального селектора (рис. 9.20).

Рисунок 9.20 – Обработка пользовательских каналов OFDMA

34

Полная схема OFDMA-приемника изображена на рисунке 9.21.

Рисунок 9.21 – Полная схема модели OFDMA-приемника

Постройте диаграмму созвездия с выхода селектора любого канала для 2-х случаев: до (сразу после OFDM-демдулятора) и после эквалайзера. Для примера приведена диаграмма созвездия с выхода селектора первого канала. Как видно из рисунка, эквалайзер компенсирует часть фазовых искажений, однако, не компенсирует аддитивную помеху (рис. 9.22).

Рисунок 9.22 – Созвездие принятого QPSK сигнала до и после эквалайзера

35

Приложение “Полная схема модели”

36

Лабораторная работа №4 “Временная синхронизация в

OFDM”

Цель работы

Цельюработыявляетсяизучениеспособасинхронизациивсовременных многоканальных системах радиодоступа на примере системы беспроводного доступа LTE.

Введение

Для процедуры поиска соты и выполнения временной синхронизации в системах связи LTE предусмотрено использование сигналов первичной (PSS

– Primary Synchronization Signal) ивторичной(SSS – Secondary Synchronization Signal) синхронизации. Процедура синхронизации выполняется АУ в два этапа: на первом этапе используется сигнал первичной синхронизации PSS, на втором этапе – сигнал вторичной синхронизации SSS с учетом результатов первого этапа. Структура сигнала первичной синхронизации PSS такова, что его обработка позволяет оценить не только временное положение слота в пределах радиофрейма, но и значение идентификатора сектора с в пределах

соты. Согласно стандарту 3GG LTE последовательность du (n) для сигнала первичной синхронизации PSS формируется на основе последовательностей Задова-Чу с корнями u = [25, 29, 34] в частотной области следующим образом:

где u – корень последовательности. Всего существует 3 отличных друг от друга сигнала первичной синхронизации, что соответствует 3-ем корням

37

последовательности Задова-Чу. Каждый корень строго определен в документации LTE и соответствует своему NID(2) .

Сигнал первичной синхронизации PSS передается в шести центральных ресурсных блоках, что соответствует 72-м поднесущим. При этом сигнал первичной синхронизации PSS формируется в частотной области путем отображения последовательности du (n) на 62 центральные поднесущие, расположенные симметрично относительно поднесущей нулевой частоты, которая не используется. Такая структура сигнала PSS позволяет АУ обрабатывать этот сигнал, используя дискретное преобразование Фурье длиной 64, и выполнять синхронизацию в сети без априорного знания выделенной для системы полосы частот. Структура сигнала PSS в частотной области представлена на рисунке 10.1.

Рисунок 10.1 – Структура PSS сигнала

Временное представление сигналов PSS можно получить, используя обратное дискретное преобразование Фурье длиной 64 от значений последовательности, отображенной на поднесущие. Для этого к 62-м

38

символам последовательности необходимо добавить справа и слева по элементу с нулевым значением амплитуды.

Следует отметить, что выбор последовательностей Задова–Чу для сигналов первичной синхронизации PSS обусловлен тем, что как сами последовательности, так и их преобразования Фурье имеют постоянную амплитуду и «идеальные» автокорреляционные функции. Указанный набор корней для последовательностей Задова–Чу выбран по результатам оптимизации формы частотно-временной функции неопределенности сигналовPSS. Дляданногонаборакорнейсечениефункциинеопределенности в области максимума по оси частот слабо зависит от величины частотной расстройки, что позволяет при выполнении процедуры начальной временной синхронизации легко обнаруживать эти сигналы при частотных расстройках вплоть до ±7,5 кГц.

Для выполнения процедуры синхронизации стандартом LTE предусмотрена специальная структура кадра, в которую включен сигнал PSS во временной области:

Рисунок 10.2 – Расположение сигнала PSS во временной области

Первый этап процедуры синхронизации оценка временного положения слота и идентификатора сектора (Sector-ID) NID(2) – выполняется некогерентно с помощью сигналов первичной синхронизации PSS. Необходимо отметить, что данная процедура в силу структуры сигнала PSS оказывается

39