ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
ЛЕКЦИЯ №9 OFDM ТЕХНОЛОГИЯ
ЛИТЕРАТУРА
1. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. М.:Горячая линия- Телеком, 2002.
2. Григорьев В.А., Лагутенко О.И., Распаев Ю.А. Сети и системы радиодоступа.М.:Экотрендз, 2005.
3. Богомолов С.И. Введение в системы радиосвязи и радиодоступа. Учебное пособие, Томск «Эль Контент» 2012.
4. Лохвицкий М.С., Сорокин А.С., Шорин О.А. Мобильная связь: стандарты, структуры, алгоритмы, планирование. – М.:Горячая линия-Телеком, 2018.
5. Феер К. Беспроводная цифровая связь Методы модуляции и расширения спектра. Москва, Радио и связь, 2000.
OFDM
OFDM – Orthogonal frequency division multiplexing — мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов.
Это метод формирования физических каналов на основе мультиплексирования при ортогональном разделении по частоте, который предусматривает разделение общего высокоскоростного потока данных на несколько параллельных подпотоков с заметно меньшими скоростями следования битов информации
Введение технологии OFDM в системы сотовой связи с подвижными объектами обусловлено двумя следующими преимуществами которые при этом приобретают системы:
Гибкость: каждый передатчик имеет доступ ко всем поднесущим, представленным в соте;
Простая техника для выравнивания коэффициента передачи канала, которая намного больше чем максимальное расширение задержки в канале, удовлетворяет условию гладкости замираний в многолучевом канале, следовательно для выравнивания канала могут быть применены простые средства.
Недостатки OFDM
Большое значение пикфактора – отношения пиковой мощности излучаемого передатчиком сигнала к средней излучаемой мощности;
Повышение сложности приемников при любой скорости передачи.
OFDM
Зачем разбивать высокоскоростной поток данных на несколько низкоскоростных параллельных подпотоков
- если время задержки прихода второго луча равно длительности импульса Ти, то возникает межсимвольная интерференция, для устранения которой необходимо
увеличить длительность символа в сони раз, а то и в тысячи раз (при этом интерференция будет заметна и в этом случае, но тогда при такой большой разнице
хода S=c*Ти сигнала, второй луч будет иметь на много меньшую мешающую мощность)
- получается, что увеличение длительности импульса приводит к снижению
межсимвольной интерференции, но при этом падает скорость передачи сигнала, что
неприемлемо.
- как следствие возникла идея расщепления (распараллеливания) передаваемого
сигнала на N отдельных низкоскоростных потоков с большей длительностью передаваемых символов (бит)
OFDM
В OFDM ((Orthogonal Frequency-
Division Multiplexing) мультиплексирование с ортогональным разделением каналов) полоса частот подразделяется на множество частотных поднесущих.
В методе OFDMA - (Orthogonal Frequency- Division Multiple Access) – множественный доступ с ортогональным частотным разделением каналов, где входящий поток данных делиться на несколько параллельных подпотоков с более низкой скоростью передачи (увеличение Ти).
Подпотоки представляют собой данные от одного или нескольких абонентов, таким образом OFDMA представляет собой метод множественного доступа наподобие TDMA, FDMA, CDMA
Амплитуда одной из несущих имеет мах, в то время как амплитуды остальных несущих равны 0
OFDM
В схеме OFDMA каждый подпоток модулируется и передается на своей ортогональной поднесущей.
Ортогональность поднесущих позволяет на приеме выделить каждую поднесущую из суммарного сигнала даже в случае частичного перекрытия полос их спектров. Запишем условие ортогональности:
∆f = fi-fi-1=1/Ти. Те. За время длительности передаваемого сигнала Ти должно укладываться целое число периодов разностной частоты ∆f. Для синхронизации всех поднесущих вводить специальный синхронизирующий сигнал.
Амплитуда одной из несущих имеет мах, в то время как амплитуды остальных несущих равны 0.
Сдвиги частот поднесущих (эффект Доплера) и неточности временной синхронизации приводят к уменьшению ОСШ и соответственной к ошибкам при приеме сигнала.
OFDM
На данном рисунке представлены временное представление и частотно ортогональных поднесущих
OFDM
Поясним структуру OFDM символа
Для повышения устойчивости сигнала к разбросу задержки, в каждой поднесущей вводиться защитный интервал.
За каждый промежуток времени Т, соответствующий N битам входного цифрового потока, формируется 1-н OFDM символ с распределением потока бит на каждую поднесущую.
OFDM символ передается в течении времени Т и состоит из защитного интервала и длительности полезной части символа Т=Тз+Тсигнала.
Тз – называется «защитным интервалом» или «циклическим префиксом», в приемнике не используется.
Тсигнала – обрабатывается в приемнике и называется «полезной частью символа»
Длительность защитного интервала равна Тзmax =Тсигнала/4
Что представляет собой циклический OFDM префикс и защитный интервал?
ЦП представляет собой последние образцы части отсчетов блока полезных данных, которые добавляются перед началом этих полезных данных, что позволяет сохранить ортогональность данных.
Введение ЦП полностью устраняет межсимвольную интерференцию, если длительность ЦП превышает максимальное время прихода последнего из отраженных сигналов.
Существуют разные значения ЦП, которые зависят от условий распространения сигнала в канале (нормальный и расширенный см. спецификации)
OFDM
Таким образом! Если задержка последнего отраженного луча меньше Тз – защитного интервала, то интерференция между символами отсутствует.
А если задержка последнего отраженного больше Тз, то появляется интерференция и следовательно ошибки оценивания приходящих информационных символов.