Выбор параметров ofdm сигнала

Обычно при выборе численных значений параметров системы с технологией OFDM приходится находить компромисс между различными, часто противоречивыми требованиями. Однако всегда можно начинать с определения значений трех главных параметров системы: ширина полосы частот , скорости передачи , и расширения задержки . Расширение задержки непосредственно определяет требуемую длительность защитного интервала между соседними OFDM символами . Обычно длительность защитного интервал должна быть в 2 … 4 раза больше сренеквадратического значения расширения задержки канала передачи. Это значение зависит от используемого типа помехоустойчивого кодирования и параметров квадратурной амплитудной модуляции (КАМ сигнала). Более высокая значность КАМ, например КАМ-64, более чувствительна к межсимвольным искажениям (МСИ), чем КАМ-4. Применение более сложного кодирования позволяет снизить чувствительность системы к этому типу помехи.

После того как выбрано значение длительности защитного интервала, можно выбрать длительность OFDM символа. Чтобы минимизировать снижение отношения С/Ш из-за введения защитного интервала, желательно длительность выбирать как можно больше интервала . Однако значение не может быть сколь угодно большим, поскольку при увеличении длительности OFDM символа растет число поднесущих в выделенной полосе частот, уменьшается расстояние между частотами соседних поднесущих, растет сложность реализации устройств формирования OFDM сигнала, повышается чувствительность системы передачи к флуктуациям фазы несущего колебания и отклонениям частоты опорного колебания приемника от центральной частоты принимаемого OFDM сигнала, растет отношение пикового значения мгновенной мощности принимаемого сигнала к среднему значению. Обычно разумное значение длительности OFDM символа по крайней мере в пять раз должно превышать длительность защитного интервала. Например, можно принять, что ; это означает, что длительность интервала интегрирования OFDM .

После выбора значений длительностей защитного интервала и OFDM символа определяются расстояние между частотами соседних поднесущих и число поднесущих в полосе частот системы . Число поднесущих может быть определено и иначе как отношение требуемой скорости передачи к скорости передачи на одной поднесущей. Скорость передачи определяется используемым способом модуляции, скоростью кодирования, скоростью следования OFDM символов.

Рассмотрим в качестве примера выбор параметров системы при следующих исходных требованиях:

• полоса частот системы не должна превышать 15 МГц;

• допустимое расширение задержки не превышает 200 нс;

• скорость передачи системы 20 Мб/с.

Исходя из значения расширения задержки нс выбираем значение длительности защитного интервала нс. Теперь можно выбрать длительность OFDM символа мкс. Потери в значении отношения С/Ш при этом не будут превышать 1 дБ. Длительность интервала интегрирования при этом составит мкс, а расстояние между частотами соседних поднесущих МГц.

Требуемое значение числа поднесущих колебаний можно определить исходя из отношения заданного значения скорости передачи системы и скорости следования OFDM символов; действительно, при скорости передачи МГб/с и скорости следования OFDM символов Мгсимвол/с каждый OFDM символ должен переносить информационных битов. Для выполнения этого условия имеются несколько возможностей.

Например, в качестве одного поднесущего колебания можно использовать радиосигнал с КАМ-16, каждый канальный символ которого переносит 4 бита; если при этом использовать помехоустойчивый код со скоростью ½, то каждый канальный символ одной поднесущей фактически будет переносить только 2 информационных бита. В этом случае потребуется 48 поднесущих колебаний для того, чтобы один OFDM символ переносил 96 информационных битов.

Такое число информационных битов в одном OFDM символе можно обеспечить и иначе. Например, можно использовать в качестве поднесущего колебания радиосигнал с КАМ-4 и код со скоростью ¾ . В этом случае каждый канальный символ может переносить бита информации. Следовательно, один OFDM символ будет содержать 96 информационных битов, если в системе будут использоваться поднесущих колебания. Однако при таком числе поднесущих колебаний и при расстоянии между частотами соседних поднесущих МГц необходимая полоса частот системы окажется равной МГц, что больше заданного значения 15 МГц.

Чтобы обеспечить требование о допустимом значении полосы частот системы, необходимо уменьшить число поднесущих колебаний. Следовательно, первый вариант системы с числом поднесущих колебаний 48 и поднесущими колебаниями в виде радиосигналов с КАМ-16 обеспечивают выполнение всех исходных требований.

Правда, для обеспечения возможности использования быстрых алгоритмов обратного дискретного преобразования Фурье (ОБДПФ) в передатчике и прямого быстрого дискретного преобразования Фурье (ПБДПФ) в приемнике придется добавить 16 нулевых комплексных коэффициентов, не подлежащих передаче по радиоканалу. Однако эта добавка имеет и положительный эффект, так как увеличивает частоту дискретизации комплексной огибающей OFDM символа, в результате чего устраняется эффект наложения спектров при дискретизации.

Дополнительное требование, которое может повлиять на выбор значений параметров системы, состоит в том, чтобы на интервале интегрирования (это интервал ОБДПФ и ПБДПФ) укладывалось целое число интервалов дискретизации по времени комплексной огибающей OFDM символа. Например, в рассматриваемом выше примере необходимо иметь 64 отсчета на таких интервалах, т.е. ровно 64 интервала дискретизации , при которых обеспечивается ортогональность поднесущих колебаний. Т.е. необходимо, чтобы частота дискретизации по времени комплексной огибающей OFDM символа была равна МГц. Однако при такой частоте дискретизации на интервале времени, равном длительности OFDM символа , укладывается число интервалов дискретизации т.е. нецелое число, что недопустимо. Единственный способ для устранения этого недостатка состоит в том, чтобы незначительно изменить интервал дискретизации так, чтобы на интервале длительностью укладывалось целое число интервалов дискретизации; пусть, например, ; т.е. следует принять мкс, так что частота дискретизации МГц незначительно увеличивается. Интервалы ОБДПФ и ПБДПФ также несколько изменяются: мкс. В результате защитный интервал мкс и интервал между частотами соседних поднесущих колебаний МГц незначительно увеличатся.

Для устранения межсимвольных искажений, возникающих из-за многолучевого распространения радиоволн, вводится защитный временной интервал длительностью , которая должна быть больше расширения задержки канала.

Для устранения взаимных помех между поднесущими, т.е. для сохранения ортогональности различных поднесущих на интервале ДПФ, каждая поднесущая циклически продолжается на защитный интервал.