Transcript مشاهده فایل
بخش پنجم
OFDM روش مالتی پلکس
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide 1
OFDM جایگاه مدوالتور
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
2
مقدمه()1
آنچه سبب توجه به شیوه های نوین مالتی پلکس گردید:
نرخ بیت بسیار باالی داده های مورد نظر برای انتقال
بهبود استفاده از پهنای باند
اثرات محدود کننده انتشار چند مسیره که توان ارسال نرخ بیت باال را بسبب ISIکاهش
میدهد ُ] ,هنگامی به حالت بحرانی میرسد که max>>Sباشد ،که در چنین مواقعی
اکوالیزیشن بسیار مشکل خواهد بود.
3
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
)2(مقدمه
single carrier به جای تک کاریرmulti-carrierیک راه حل استفاده از شیوه چند کاریر
:است
میباشد که با استفاده از کاریرICI (Inter-channel Interference) اما اشکال این شیوه
این مشکل مرتفع میorthogonal Multi-Carrier Transmission (OFDM)های متعامد
:گردد
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
4
ارتوگونالیتی
قبببر در حببوزه زمببان دیببدیم توابببع سببینون و کوسببینون ارتوگونببال هسببتند ،اگببر در دایببره م ل ببا ی ب به ایببن دو
تببابع نگبباه کنببیم ،هدببواره دو بببردار دببود هسببتند کببه بببا سببر ت میچرخنببد .اگببر بببه شببکل آزهببا نی ب نگباه کنببیم
هنگامیکه یکی (maxیا )minاست دیگری از دامنه صفر برخوردار است.
برای هر دو سیگنال نی میتوان در حوزه فرکانس نی عامد را قائل شویم:
هدب ببانهور کب ببه میب ببدانیم یب ببک سب ببیگنال سینودب ب ی کب ببه در بب ببازه زمب ببانی محب ببدودی) (0,Tuقب ببرار دارد دارای ی ب ب
سببینک شببیفت یافتببه ایببی حببول فرکببانس سببینون میباشببد و صببفرهای ایببن ی ب بهببور تنبباو ی ،در فواصببل
1/Tuتک ببرار میش ببوند ح ببال اگ ببر فرک ببانس دو پ ببالس هدزم ببان ب ببه فاص ببله از ه ببم باش ببند ای ببن دو ی ب متعام بد
خواهند بود:
f
A
) * 1 ( f f1 ) ( f f1 )
Tu
2
(X 1 ( f ) sin c
f
A
) * 2 ( f f 2 ) ( f f 2 )
Tu
2
(X 2 ( f ) sin c
5
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
t
x1 (t ) A1 cos 2f1t
Tu
t
x2 (t ) A2 cos 2f 2t
Tu
روش های مالتی پلکس دیجیتالOFDM -
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
با توجه به دو ویژگی انتقال سیگنال به شیوه DVB-Tکه بارت از (ال )حجم باالی داده و (ب) امکان
وقوع فیدینگ گزینش ی در دریافت پرتابل و موبایل ،تنها شیوه ایی که قابلیت غلبه بر این مسایل را بهور ذا ی
دارا بود ،شیوه ایی بنام OFDMمیباشد.
اگر مدوالسیون را یک نگاشت ا ر ات بصورت غییرات فرکانس ،دامنه و یا فاز کاریر بدانیم ،مالتی پلکس در
واقع روش ی مبتنی بر سهیم پهنای باند بین چندین کانال دیتای مستقل از هم می باشد.
ً
اما تکنیک OFDMترکیبی از هر دوی مدوالسیون و مالتی پلکس میباشد ،مالتی پلکس دوما بر ایجاد رابهه
بین سیگنالهای مستقلی که توسط منابع مستقل تولید شده باشند اشاره دارند.
در OFDMتفاو ی که با مالتی پلکس دارد اینست که ،سیگنالهای مستقل از منابع مستقل تولید نشده و در
واقع زیر مجدو ه ائی از یک سیگنال اصلی و مادر می باشند.
در ادامه مراحل تولید سدبل های OFDMبهور مفصل ارایه میگردد.
Slide 6
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
مراحل اجراء)1(OFDM
)1ابتدا دنباله بیت های ورودی با نرخ بیت Rbبر اسان اینکه از چه مدوالسیونی استفاده شود(م ر
،)16QAMی فرآیند Parallel to Serialبه کدواژه هایی kبیتی دسته بندی شده و هر کدواژه در
کانستلیشن مربو ه اش متناظر با یک کاریر با دامنه و فاز منحصر بفرد خواهد بود.
)2در مرحله بعد این کدواژه ها به عداد عری شده مدهای 2kو یا 8kدر یک بافر زمانی با ول زمانی
Tuو عداد جایگاه مشخص مد مربو ه ،نگهداری میشوند.
مشخصات مربوط به کانال با پهنای باند 7MHz
)3پس از پر شدن بافر فوق(زمان )Tuبهور یکجا این ا ر ات )(Ii ,Qiها در جایگاههای فرکانس ی معینی
که ساب کانال های OFDMنامیده میشوند نگاشت میگردند ،این دل بهور نرم افزاری ی آلگوریتدی بنام
IFFTاجرا میگردد.
7
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
مراحل اجراء)2(OFDM
پس از این دلیات در حوزه زمان سیگنالی با زمان حضور Tuپدید می آید که آنرا سدبل
OFDMمینامیم.
)4برای افزایش حفاظت زمانی سدبلهای OFDMپس از تولید هر سدبل ،با هدف تامین مصونیت زمانی
ً
در برابر ،ISIباندازه مشخص ی درنگ ندوده که به آن Guard Intervalگفته میشود و معدوال کسری از
Tuمیباشد و با ∆ ندایش داده میشود.
8
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
م ال:
.1مدوالسیون 4-QAMرا در نظر میگیریم ،در اینصورت در هر TQAMکه برابر 2Tbمیباشد ،صرفنظر از
اینکه سدبل چه باشد،یک سیگنال داریم که با دو دامنه ولتاژی افقی و دودی)(Quadrature
متدایز قابل عری استSymbol=(Ii ,Qi) :
.2در مرحله بعد به جای تولید سریال ندونه های QAMبا
فرکانس های یکسان و در زمان های پشت سرهم ،ابتدا ا ر ات
Iو Qچهارندونه پی در پی را ذخیره و بهور یکجا چهار کاریر فرعی
با چهار فرکانس مشخص و دامنه و فاز متناظر با ندونه های
ذخیره شده QAMبهدراه دو کاریر پایلوت در ابتدا و انتهای کانال
ارسال میکنیم.
این دل در واقع هدان IFFTمیباشد که اینجا نقاط IFFTبرابر 6
نقهه میباشد.
در ادامه به شریح فرآیند IFFTخواهیم پرداخت.
نتیجه :با دو تکنیک در دو مرحله افزایش راندمان پهنای باند محقق
گردید.
Slide 9
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Pilot 1,0 1,1 0,1 1,0
Pilot
:)م ال(ادامه
Pilot#1
(0,1)
(1,0)
AI cos2250 ; AQ sin 2250
AI cos1350 ; AQ sin1350
(1,1)
AI cos3150 ; AQ sin 3150
AI cos2250 ; AQ sin 2250
(1,0)
Pilot#2
یادآوری تبدیل فوریه سیگنالهای پیوسته
نگاشتی از زمان به حوزه فرکانس برای توابع (سیگنالهای پیوسته زمان (نا متناوب))تبدیل
فوریه نامیده میشود:
Continuous Fourier Transform:
H f h t e 2ift dt
h t H f e 2ift df
بینهایت نمونه
پیوسته فرکانس
11
Analogue
Fourier
Transform
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
بینهایت نمونه
پیوسته زمان
)1( تبدیل فوریه توابع مشهور
0.5
0.4
Gaussian
0.3
0.2
0.1
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
6
5
4
Gaussian
3
2
1
0
0
50
100
150
200
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
250
12
)2( تبدیل فوریه توابع مشهور
1.5
1
Sinc function
0.5
0
-0.5
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
6
5
4
Square wave
3
2
1
0
-100
-50
0
50
100
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
13
تبدیل فوریه سیگنالهای گسسته(دیجیتال) DFT
نگاشتی از زمان به حوزه فرکانس برای توابع (سیگنالهای گسسته زمان (نا متناوب))تبدیل
فوریه نامیده میشود:
N 1
Discrete Fourier Transform:
H n hk e 2ikn N
k 0
1 N 1
hk H n e 2ikn N
N n 0
Nنمونه گسسته
فرکانس ی
14
Discrete Fourier
Transform
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Nنمونه گسسته
زمانی
OFDM بلوک دیاگرام یک سیستم فرستنده
معادل با ایجاد یک ی، را بصورت زیرOFDM بهور معادل میتوان دلکرد مدوالتور
: متناظر دانستTu مصنوعی در یک محدوده زمانی
cos ot
a(0)
BPF
b(0)
Serial
Data
Stream
BPF
d (n) a(n) jb(n)
M-QAM
Encoder
Serial
to
Parallel
Converter
sin ot
cos N 1t
a( N 1)
BPF
b( N 1)
BPF
sin N 1t
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide 15
تبدیل فوریه سریع )1(FFT
تبدیل FFTالگوریتدی است ددی که ندونه های فرکانس ی DFTرا بر اسان ندونه های
محدود زمانی سیگنال (در یک زمان محدود که پنجره زمانی میگویند) با سر ت باالیی محاسبه
میکند .قادرست ی سیگنال را در یک فضای گسسته بر اسان دقت مدنظر ما تخدین بزند.
در واقع این فرآیند سبب پدیدآمدن یک سدبل OFDMدر حوزه زمان و در زمان معین ،Tu
از روی عداد معین زوج های ) (I,Qخروجی مدوالتور QAMمیگردد.
این عداد معین که نقاط IFFTخوانده نی میشوند در مد 2kو 8kبترتیب زیر میباشند:
16
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
تبدیل فوریه سریع )2(FFT
نتایج FFTیک سیگنال سینود ی ندونه برداری شده با زمان حضور 0تا 30sبه کدک
MATLABبا عداد نقاط ندونه برداری””N=64 & 128ارایه شده است.
17
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
)1(OFDM مرحظات راحی
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
18
)2(OFDM مرحظات راحی
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
19
)3(OFDM مرحظات راحی
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
20
)4(OFDM مرحظات راحی
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
21
)5(OFDM مرحظات راحی
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
22
OFDM بلوک دیاگرام یک سیستم گیرنده
cos ot
a(0)
BPF
b(0)
BPF
Parallel
to
Serial
Converter
sin ot
M-QAM
Demodulator
Output
Data
cos N 1t
BPF
a( N 1)
b( N 1)
BPF
sin N 1t
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide 23
DAB سیستم فرستنده رادیوی دیجیتال
Service
Information
FIC
Multiplex
Information
Transmission
Multiplexer
Audio
Audio
Services Encoder
Data
Services
Packet
Mux
OFDM
Transmitter
Channel
Coder
Channel
Coder
MSC
Multiplexer
Radio Frequency
FIC: Fast Information Channel
MSC: Main Service Channel
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
Slide 24
COFDM استانداردهای و کاربردهای
Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
25