Основні етапи формування сигналу Orthogonal Frequency Dіvіsіon Multіplexmg (OFDM-сигналу) на прикладі стандарту ІЕЕЕ 802.16Е-2005

Основні етапи формування сигналу Orthogonal Frequency Dіvіsіon Multіplexmg (OFDM-сигналу) на прикладі стандарту ІЕЕЕ 802.16Е-2005

Передача інформації за допомогою сигналів з ортогональним частотним поділом (OFDM — Orthogonal Frequency Dіvіsіon Multіplexmg) стала стандартом для багатьох сучасних радіосистем у зв’язку з рядом переваг, до яких відносяться: висока спектральна ефективність, низький рівень міжсимвольной інтерференції, висока якість передачі в умовах частотно селективних завмирань. До числа їх відноситься ІEEE 802.11a, g — бездротові локальні мережі, ІEEE 802 16 — широкосмуговий бездротовий зв’язок, DVB-T — цифрове телевізійне віщання, DRM — цифрове радіомовлення й ін. Сюди ж можна додати перспективну систему з підвищеною швидкістю передачі на основі сполученої технології ортогонального частотного й просторового поділу (MІMO OFDM — multіple Input, multіple Output OFDM) — 802.11n.

У той же час системи передачі, що використовують даний тип сигналів, дуже чутливі до фазової нестабільності піднесучих. Остання може бути викликана нестаціонарністю фазової характеристики каналу, обумовленої доплеровским розсіюванням, фазовими флуктуаціями опорних генераторів на передавальній і приймальні сторонах. Як наслідок, росте число помилок при передачі дискретної інформації. Проблема особливо гостро постає в каналах з багатопозиційною квадратурною амплітудно-фазовою модуляцією сигналів.

• 1. Поставлено питання щодо наявності детермінованого (визначеного) зв’язку між кутовими параметрами (початковими фазами) складових OFDM — сигналу. Чи є аналітичний зв’язок між їх початковими фазами? На наш погляд є [1].
• 2. Все ж таки, як приймаються та демодулюються складові OFDM — сигналу. Тобто, що відбувається із фазами кожної піднесівної, чи вони аналізуються окремо чи групами (кластерами) по 14 піднесучих у випадку зони PUSC для зворотного каналу OFDM — 1024 [2].

Вирішивши ці питання, ми зможемо перейти до синтезу та побудови математичної моделі щодо приймання «в цілому» OFDM — сигналу.

Доповідь буде базуватись на прикладі стандарту ІЕЕЕ 802.16е-2005, 2009 функціонуючому в діапазоні 1−10 ГГц і використовуючи сигнали з OFDM і технологію OFDMA — це безліч стандартів, які визначають бездротові мережі міського масштабу WMAX (Wireless Metropolitan Area Network).

Ідея передачі даних сигналами з OFDM ґрунтується на технології передачі даних із використанням великої кількості несівних (як правило це 2ⁿ, при цьому широко використовується n=6, n=8, n=11) і полягає в тому, що потік переданих даних розподіляється по деякому набору частотних підканалах (піднесучих), і передача ведеться на них паралельно. За рахунок поділу переданого високошвидкісного потоку даних кількість відносно низькошвидкісних підканалів (каналів), кожний з яких модулюється своєю піднесівною, сигнали з OFDM забезпечують високу завадостійкість прийому в умовах міжсимвольної інтерференції та вузько смугових завад. Сигнали з OFDM формуються за допомогою пристрою, що виконує зворотне дискретне перетворення Фур'є. Отримані на виході цього пристрою часові відліки через цифроаналоговий перетворювач (ЦАП) і вихідні ланцюги передавача надходять у канал передачі. Сигнали на піднесучих частотах очевидно ортогональні за рахунок того, що їх початкові фази є однаковими — тобто, аналітично детерміновано пов’язані [1].

Піднесучі в OFDMA-символі діляться на 3 групи: інформаційні, нульові і пілотні.

Нульові піднесучі входять до складу захисного інтервалу, інформаційні - призначені для передачі даних, а пілотні - для передачі відомих ПВП, призначених для корекції передатної характеристики каналу зв’язку за допомогою еквалайзера. В основі роботи алгоритму лежить виділення в кожному фізичному тайлі пілотних відліків і інтерполяції по ним частотної характеристики для даного тайла.

У різних зонах PUSC (PUSC — partіal usage of the subchannels, неповне використання підканалів) і FUSC (FUSC — full usage of the subchannels, повне використання підканалів) пілотні й інформаційні піднесучі вибираються по-різному, у зоні FUSC набір пілотних піднесучих — один для всього діапазону займаних частот, у зоні PUSC — один для кожної основної групи.

Знаючи загальну кількість піднесучих і кількість захисних, можна обчислити кількість використовуваних піднесучих. Ці піднесучі можуть бути пілотними або інформаційними (переносити дані). У різних режимах призначення й групування піднесучих у підканали, кластери, слоти й інші логічні одиниці відбувається по-різному.

Розглянемо формування сигналу на прикладі зони PUSC для зворотного каналу. Постараємося відслідкувати взаємозв'язок щодо прийняття пілотних піднесучих. Так як принцип залишається однаковим будь то FUSC, PUSC, TUSC1, 2 та ін., напрямок передачі (канал вверх чи вниз), спосіб формування підканалів (з використанням суміжних піднесучих чи несуміжних).

При розмірності ЗШПФ (Зворотного швидкого перетворення Фур'є) N = 1024 кожен OFDMA-символ містить одну центральну піднесівну (з індексом 512) і 183 захисних піднесучих (92 ліворуч й 91 праворуч). Центральна піднесуча служить додатковим засобом для синхронізації в частотній області, захисні - як додатковий засіб боротьби з міжсимвольною інтерференцією, а також для забезпечення відповідності сигналу заданій спектральній масці; передача даних на них не здійснюється. 840 піднесучих, що залишилися послідовно розбиваються на 60 фізичних кластерів по 14 піднесучих у кожному.

Структура кластера в зоні PUSC представлена на рис. 1. Кожен кластер містить 14 піднесучих, з них дві пілотні й 12 — інформаційних. Розміщення пілотних піднесучих у кластері для парних і непарних символів різне.

Рис 1. Структура кластера в зоні PUSC

З логічних кластерів формується 6 нерівних по розмірі груп, які можуть призначатися різним сегментам. Кластери привласнюються групам відповідно до табл. 1.

Таблиця 1. Розподіл логічних кластерів по групах в зоні PUSC

У парних групах, включаючи нульову, утримується 12 логічних кластерів або шість логічних підканалів, у непарних групах — вісім і чотири відповідно.

На наступному етапі піднесучі усередині груп поєднуються в логічні підканали. При кількості крапок ЗШПФ, рівному 1024, OFDMA — символ містить 30 логічних підканалів по 24 піднесучих у кожному.

Результатом виконання описаних вище процедур є 30 підканалів для кожного із двох оброблюваних символів. Для того щоб згрупувати їх у слоти, підканали з однаковими індексами з різних OFDMA-символів поєднуються. Схематичне подання процедури формування логічних підканалів у зоні PUSC у зворотньому каналі зв’язку для мереж WіMAX ІEEE 802.16e-2005, 2009 показано на рис. 2.

Ми розібралися із структурою вихідного сигналу, але з’явився ряд запитань:

• 1. Саме чому розташування пілотів — різне для парних/непарних кластерів.
• 2. Чому у парних групах, включаючи нульову, утримується 12 логічних кластерів або шість логічних підканалів, у непарних групах — вісім і чотири відповідно.

Рис. 2 Формування логічних підканалів у зоні PUSC у зворотному каналі зв’язку для мереж WіMAX ІEEE 802.16e-2005

3. Детальний розбір наступних зон: FUSC, PUSC, TUSC1, 2 та ін., з використанням напрямків передачі (канал вверх та вниз) та з урахуванням способів формування підканалів (з використанням суміжних піднесучих чи несуміжних), яким чином розташовані піднесучі у цих випадках.

детермінований сигнал ортогональний.

Список використаної літератури

• 1. Єрохін В.Ф., Гиндич Б. А. Огляд розвитку технології OFDM стандартів BWN / В.Ф. Єрохін, Б. А. Гиндич, Збірник наукових праць ВІТІ НТУУ «КПІ», № 1, — 2012. — С 60.
• 2. Рашич А. В. Мережі бездротового доступу WiMAX: учеб. Пособие / А. В. Рашич — СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2011. — 179 с.