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