Формирование и обработка OFDM сигналов | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №14 (118) июль-2 2016 г.

Дата публикации: 16.07.2016

Статья просмотрена: 1948 раз

Библиографическое описание:

Ковалев В. В., Селецкая О. Ю., Покаместов Д. А. Формирование и обработка OFDM сигналов // Молодой ученый. — 2016. — №14. — С. 151-154. — URL https://moluch.ru/archive/118/32800/ (дата обращения: 24.09.2018).



Системы связи играют ключевую роль в современной жизни человека. Ежедневно нам приходится пользоваться различными устройствами для передачи информации друг другу. Важными параметрами таких систем являются скорость передачи, помехозащищённость, дальность связи, максимально возможное число абонентов и т. д.

Разработчики телекоммуникационных систем сталкиваются с постоянной проблемой ограниченности ресурса среды передачи, будь то время, пространство, частота или код. Поэтому при передаче нескольких потоков данных для одного или нескольких пользователей приходится решать задачу множественного доступа к среде. Наиболее распространёнными являются такие методы решения этой задачи, как частотное разделение (FDMA) (на каждого абонента выделяется свой диапазон частот), временное разделение (TDMA) (для каждого абонента выделяется своё время доступа к среде передачи) и кодовое разделение (CDMA) (каждый абонент в среде передачи идентифицируется по своему коду) [1].

В этой статье рассмотрены общие методы приёма и передачи OFDM сигналов, канальное кодирование для систем связи четвертого поколения и реализация математической модели в среде MatLAB.

OFDM представляет собой технологию мультиплексирования с ортогональным частотным разделением [2]. Это означает, что весь диапазон частот делится между N поднесущими, на каждой из которых передаётся 1/N часть общего потока информации параллельно. Поднесущие являются ортогональными, что позволяет произвести разделение абонентов и исключить их взаимное влияние.

Особенность этой технологии заключается в устойчивости к многолучевому распространению. Это явление заключается в наложении друг на друга копий исходного сигнала с разными амплитудами и задержками и чаще всего негативно отражается на передаче данных — часть несущих может быть «вырезана» из спектра сигнала. Но вследствие того, что передача осуществляется на нескольких поднесущих, а не на одной, теряется не весь поток данных, а лишь его часть, которая может быть с некоторой точностью восстановлена.

Структурные схемы приёмника и передатчика OFDM сигналов приведены на рис. 1 и 2. На рис. 3 приведена структурная схема блока канального кодирования.

Рис. 1. Структурная схема передатчика OFDM сигналов

Рис. 2. Структурная схема приёмника OFDM сигналов

Рис. 3. Схема блока канального кодирования

Схема канального кодирования, изображенная на рис. 3, является типовой для систем связи 4-го поколения LTE и WiMAX, а также для современного семейства стандартов цифрового телевидения DVB. Последовательно рассмотрим этапы выполнения канального кодирования.

Скремблирование представляет собой сложение по модулю два передаваемых битов с элементами псевдослучайной последовательности, которую формирует генератор с задающим полиномом [3]. Целью скремблирования является придание битовому потоку свойств псевдослучайной последовательности и снижение вероятности появления в нём длинных последовательностей нулей или единиц, а также периодических фрагментов. Помехоустойчивое кодирование необходимо для нахождения и исправления одиночных ошибок [4]. При передаче сигнала в условиях многолучевого распространения могут пропадать целые блоки передаваемых символов, вследствие чего возникают групповые ошибки. Перемежение позволяет преобразовать групповые ошибки в одиночные, которые декодер легко исправляет. Модуляция (манипуляция) представляет собой изменение сигнала в зависимости от передаваемого кода. Чем больше позиций манипуляции, тем большее количество данных можно передать, однако при этом снижается помехоустойчивость. В этой работе используются три вида манипуляции — BPSK, QPSK и QAM-16 [5].

Так же для защиты сигналов от возможных искажений в условиях многолучевого распространения вводится дублирование конца каждого OFDM символа в защитном интервале, предшествующем его передаче, так называемый циклических префикс. Чем больше его длина, тем в более тяжёлых условиях многолучевого распространения может передаваться сигнал, но в то же время уменьшается скорость его передачи.

Симуляция канала распространения представляет собой наложение белого гауссовского шума на передаваемый сигнал. На рис. 4 представлен график зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум для системы связи, схема которой приведена на рис. 1–3. При симуляции были использованы следующие параметры:

– Количество поднесущих — ;

– Количество OFDM символов — ;

– Величина защитного интервала в долях OFDM символа — .

Рис. 4. BER для модуляций BPSK, QPSK и QAM‑16

На рис. 4 видно, что канал оказывает существенное влияние на передачу сигнала. С увеличением индекса модуляции увеличивается скорость передачи, но в то же время снижается её помехоустойчивость.

В ходе работы была создана математическая модель описывающая передачу, распространение, приём и обработку OFDM сигналов. Был построен график зависимости вероятности битовой ошибки от отношения сигнал/шум для нескольких видов модуляции. Для обеспечения качественной связи в среде, когда канал передачи мало влияет на распространение сигнала, приоритетным параметром является скорость передачи. Наибольшей скоростью из трех рассмотренных видов модуляции обладает QAM-16. В средах же с большой зашумлённостью и многолучевым распространением важно обеспечить меньше количество ошибок в ущерб скорости передачи, т. е. использовать модуляции QPSK или BPSK.

Литература:

1. Fazel, Khaled. Multi-carrier and spread spectrum systems: from OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX / K. Fazel, S. Kaiser. — 2nd ed. — Wiley, 2008. — 380 p.

2. Prasad, Ramjee. OFDM for wireless communications systems / Ramjee Prasad. — London: Artech House, 2004. — 291 p.

3. Рашич А. В. Сети беспроводного доступа WiMAX: учеб. пособие / Рашич А. В. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2011. — 179 с.

4. Бернанд Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.:Пер. с англ. — М: Издательский дом «Вильямс», 2003. — 1104 с.

5. ETSI EN 302 755 v1.4.1 (2015–07). Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2).

Основные термины (генерируются автоматически): OFDM, BPSK, QPSK, канальное кодирование, многолучевое распространение, система связи, скорость передачи, сигнал, битовая ошибка, защитный интервал.


Похожие статьи

OFDM-сигналы в телекоммуникационных системах беспроводной...

...систем связи является использование сигналов OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing — ортогональное частотное разделение

При этом эффективно используется выделенная полоса частот канала и сохраняется высокая скорость передачи информации.

Оценивание параметра задержки, не управляемое решениями

...в цифровой системе связи выход демодулятора должен периодически стробироваться со скоростью передачи символов в точно

- Частота Доплера на промежуточной частоте Δfпч = 4 кГц. - Частота несущей fнес = 3 ГГц. Принимаемый сигнал является QPSK сигналом.

Эквалайзирование канала данных системы LTE... | Молодой ученый

...каналов (OFDMOrthogonal frequency division multiplexing) [1] используется во многих системах связи следующего поколения, таких как Long

Рис. 2. Вероятность битовой ошибки в зависимости от отношения сигнал/шум: а — модуляция BPSK; б — модуляция QPSK; в...

Исследование помехоустойчивости каналов связи с уплотнением...

Используя второе допущение, были рассчитаны значения помехоустойчивости при BER = 10–3 используемых сигнально-кодовых конструкций (BPSK, QPSK

Рис. 4. Зависимость пропускной способности каналов от отношения сигнал/шум с вероятностью битовой ошибкой 10–3.

Моделирование дальности действия и пропускной способности...

...(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) и два вида квадратурной амплитудной модуляции

защитного интервала Cyclic Prefix, скорость передачи данных может быть рассчитана

Предполагая, что будет использована модуляция QPSK со степенью кодирования 1/3...

Преимущества уравнивания с использованием множественного...

Расширение диапазона частот связи — вот главный вопрос для разработки систем связи.

Реализация данного защитного интервала — это так называемый циклический префикс

Как уже упоминалось, такие схемы устойчивы к многолучевому распространению.

Анализ потенциальной точности оценки задержки по огибающей...

К таким сигналам применяют название Binary phase shift keying (BPSK).

В китайской навигационной системе COMPASS предполагаются к передаче сигналы в перекрывающихся с системами GALILEO и GPS диапазонами.

Преимущества DVB-T2 и особенности его построения на базе...

Общая схема обработки сигналов в системе DVB-T2 существенно усложняется по

В качестве механизма защитного кодирования стандарта DVB-T2 использован

Что в свою очередь позволяет использовать в OFDM-символе больше поднесущих для передачи данных.

OFDM-сигналы в телекоммуникационных системах беспроводной...

...систем связи является использование сигналов OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing — ортогональное частотное разделение

При этом эффективно используется выделенная полоса частот канала и сохраняется высокая скорость передачи информации.

Оценивание параметра задержки, не управляемое решениями

...в цифровой системе связи выход демодулятора должен периодически стробироваться со скоростью передачи символов в точно

- Частота Доплера на промежуточной частоте Δfпч = 4 кГц. - Частота несущей fнес = 3 ГГц. Принимаемый сигнал является QPSK сигналом.

Эквалайзирование канала данных системы LTE... | Молодой ученый

...каналов (OFDMOrthogonal frequency division multiplexing) [1] используется во многих системах связи следующего поколения, таких как Long

Рис. 2. Вероятность битовой ошибки в зависимости от отношения сигнал/шум: а — модуляция BPSK; б — модуляция QPSK; в...

Исследование помехоустойчивости каналов связи с уплотнением...

Используя второе допущение, были рассчитаны значения помехоустойчивости при BER = 10–3 используемых сигнально-кодовых конструкций (BPSK, QPSK

Рис. 4. Зависимость пропускной способности каналов от отношения сигнал/шум с вероятностью битовой ошибкой 10–3.

Моделирование дальности действия и пропускной способности...

...(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) и два вида квадратурной амплитудной модуляции

защитного интервала Cyclic Prefix, скорость передачи данных может быть рассчитана

Предполагая, что будет использована модуляция QPSK со степенью кодирования 1/3...

Преимущества уравнивания с использованием множественного...

Расширение диапазона частот связи — вот главный вопрос для разработки систем связи.

Реализация данного защитного интервала — это так называемый циклический префикс

Как уже упоминалось, такие схемы устойчивы к многолучевому распространению.

Анализ потенциальной точности оценки задержки по огибающей...

К таким сигналам применяют название Binary phase shift keying (BPSK).

В китайской навигационной системе COMPASS предполагаются к передаче сигналы в перекрывающихся с системами GALILEO и GPS диапазонами.

Преимущества DVB-T2 и особенности его построения на базе...

Общая схема обработки сигналов в системе DVB-T2 существенно усложняется по

В качестве механизма защитного кодирования стандарта DVB-T2 использован

Что в свою очередь позволяет использовать в OFDM-символе больше поднесущих для передачи данных.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

OFDM-сигналы в телекоммуникационных системах беспроводной...

...систем связи является использование сигналов OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing — ортогональное частотное разделение

При этом эффективно используется выделенная полоса частот канала и сохраняется высокая скорость передачи информации.

Оценивание параметра задержки, не управляемое решениями

...в цифровой системе связи выход демодулятора должен периодически стробироваться со скоростью передачи символов в точно

- Частота Доплера на промежуточной частоте Δfпч = 4 кГц. - Частота несущей fнес = 3 ГГц. Принимаемый сигнал является QPSK сигналом.

Эквалайзирование канала данных системы LTE... | Молодой ученый

...каналов (OFDMOrthogonal frequency division multiplexing) [1] используется во многих системах связи следующего поколения, таких как Long

Рис. 2. Вероятность битовой ошибки в зависимости от отношения сигнал/шум: а — модуляция BPSK; б — модуляция QPSK; в...

Исследование помехоустойчивости каналов связи с уплотнением...

Используя второе допущение, были рассчитаны значения помехоустойчивости при BER = 10–3 используемых сигнально-кодовых конструкций (BPSK, QPSK

Рис. 4. Зависимость пропускной способности каналов от отношения сигнал/шум с вероятностью битовой ошибкой 10–3.

Моделирование дальности действия и пропускной способности...

...(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) и два вида квадратурной амплитудной модуляции

защитного интервала Cyclic Prefix, скорость передачи данных может быть рассчитана

Предполагая, что будет использована модуляция QPSK со степенью кодирования 1/3...

Преимущества уравнивания с использованием множественного...

Расширение диапазона частот связи — вот главный вопрос для разработки систем связи.

Реализация данного защитного интервала — это так называемый циклический префикс

Как уже упоминалось, такие схемы устойчивы к многолучевому распространению.

Анализ потенциальной точности оценки задержки по огибающей...

К таким сигналам применяют название Binary phase shift keying (BPSK).

В китайской навигационной системе COMPASS предполагаются к передаче сигналы в перекрывающихся с системами GALILEO и GPS диапазонами.

Преимущества DVB-T2 и особенности его построения на базе...

Общая схема обработки сигналов в системе DVB-T2 существенно усложняется по

В качестве механизма защитного кодирования стандарта DVB-T2 использован

Что в свою очередь позволяет использовать в OFDM-символе больше поднесущих для передачи данных.

OFDM-сигналы в телекоммуникационных системах беспроводной...

...систем связи является использование сигналов OFDM (Orthogonal frequency division multiplexing — ортогональное частотное разделение

При этом эффективно используется выделенная полоса частот канала и сохраняется высокая скорость передачи информации.

Оценивание параметра задержки, не управляемое решениями

...в цифровой системе связи выход демодулятора должен периодически стробироваться со скоростью передачи символов в точно

- Частота Доплера на промежуточной частоте Δfпч = 4 кГц. - Частота несущей fнес = 3 ГГц. Принимаемый сигнал является QPSK сигналом.

Эквалайзирование канала данных системы LTE... | Молодой ученый

...каналов (OFDMOrthogonal frequency division multiplexing) [1] используется во многих системах связи следующего поколения, таких как Long

Рис. 2. Вероятность битовой ошибки в зависимости от отношения сигнал/шум: а — модуляция BPSK; б — модуляция QPSK; в...

Исследование помехоустойчивости каналов связи с уплотнением...

Используя второе допущение, были рассчитаны значения помехоустойчивости при BER = 10–3 используемых сигнально-кодовых конструкций (BPSK, QPSK

Рис. 4. Зависимость пропускной способности каналов от отношения сигнал/шум с вероятностью битовой ошибкой 10–3.

Моделирование дальности действия и пропускной способности...

...(Quadrature Phase Shift Keying, QPSK) и два вида квадратурной амплитудной модуляции

защитного интервала Cyclic Prefix, скорость передачи данных может быть рассчитана

Предполагая, что будет использована модуляция QPSK со степенью кодирования 1/3...

Преимущества уравнивания с использованием множественного...

Расширение диапазона частот связи — вот главный вопрос для разработки систем связи.

Реализация данного защитного интервала — это так называемый циклический префикс

Как уже упоминалось, такие схемы устойчивы к многолучевому распространению.

Анализ потенциальной точности оценки задержки по огибающей...

К таким сигналам применяют название Binary phase shift keying (BPSK).

В китайской навигационной системе COMPASS предполагаются к передаче сигналы в перекрывающихся с системами GALILEO и GPS диапазонами.

Преимущества DVB-T2 и особенности его построения на базе...

Общая схема обработки сигналов в системе DVB-T2 существенно усложняется по

В качестве механизма защитного кодирования стандарта DVB-T2 использован

Что в свою очередь позволяет использовать в OFDM-символе больше поднесущих для передачи данных.

Задать вопрос