Solución de tecnología OFDM de multiplexación por división de frecuencia ortogonal

Solución de multiplexación por división de frecuencia ortogonal

En primer lugar, una breve introducción a OFDM

OFDM es la abreviatura de multiplexación por división de frecuencia ortogonal. OFDM es una nueva tecnología de transmisión de modulación de señal basada en multiportadoras. Específicamente, descompone los datos de la señal en múltiples flujos de subseñales independientes, cada uno de los cuales se transmitirá con un tráfico relativamente bajo. La transmisión paralela de múltiples flujos de subseñales a caudales relativamente bajos es una característica típica de OFDM. En comparación con los sistemas tradicionales de un solo operador, el modo multiportador puede ampliar enormemente la capacidad del canal. La investigación teórica sobre la tecnología de transmisión por modulación multiportadora comenzó en la década de 1960. Los expertos en tecnología de la comunicación han demostrado que, a pesar de la presencia de interferencias en la señal en transmisiones multiportadoras, el rendimiento de los sistemas de transmisión de información se puede optimizar en gran medida. OFDM se patentó por primera vez a principios de los años 1970. En 1971, Weinstein y Ebert implementaron la modulación multiportadora utilizando la transformada discreta de Fourier, publicada en la revista IEEE. En los diez años siguientes, aunque se realizaron investigaciones en profundidad sobre cómo utilizar la tecnología de modulación multiportadora en el campo de las comunicaciones móviles, la tecnología de transmisión multiportadora no se ha utilizado ampliamente porque la tecnología de procesamiento de señales digitales y la tecnología de modulación de señales eficiente han no mantenido. Esta situación no cambió hasta los años 1990. Desde entonces, la tecnología OFDM ha recibido atención y ha sido ampliamente utilizada.

En comparación con los sistemas tradicionales de una sola portadora, la tecnología OFDM expande efectivamente la capacidad del canal, pero es difícil correlacionar las señales en la propagación multitrayecto de antemano, y las señales de subcanal inevitablemente interferirán entre sí. La forma de eliminar diversas interferencias se denomina degradación del ruido.

En segundo lugar, la tecnología multitono discreto (DMT) se prepara para la degradación de la señal de ruido.

OFDM primero utiliza subcanales de diferentes frecuencias para transmitir un único flujo de información de gran capacidad en lugar de transmitir por separado diferentes subcanales. En ese caso, el transmisor utiliza transmisión paralela, que se puede comparar con la transmisión en serie de alta capacidad de una sola portadora en un solo canal. Si se implementa simplemente utilizando múltiples conjuntos de transmisores y receptores, el costo será muy alto. Más tarde, la gente se dio cuenta de que la tecnología de modulación QAM de 9 puntos se aplicaba a sistemas de modulación multiportadora, y el receptor utilizaba detección de correlación de subcanal y detección de correlación entre subportadoras.

La tecnología de Transformada Discreta de Fourier (DFT) agrupa las señales de entrada de modo que cada grupo de datos contiene n símbolos complejos y cada grupo de símbolos complejos ocupa un subcanal. El receptor primero muestrea la señal de entrada y luego realiza una transformada de Fourier discreta en cada conjunto de datos para restaurar la señal original. Este modo de OFDM se llama DMT, que significa multitono discreto. La principal ventaja de la tecnología DMT es que se basa en el algoritmo FFT. En teoría, la FFT de n símbolos solo consume nlogn operaciones de multiplicación, y la cantidad de operaciones requeridas para usar DFT directamente es n2.

En los últimos 20 años, la tecnología OFDM, especialmente la tecnología DMT, se ha utilizado ampliamente en diversas tecnologías de comunicación. Actualmente, DMT se ha utilizado como tecnología estándar de ADSL.

En tercer lugar, la degradación del ruido del canal multiportadora

La tecnología OFDM, combinada con la tecnología de codificación y la tecnología de entrelazado adecuadas, puede resistir eficazmente la interferencia del canal inalámbrico. En la tecnología de transmisión de alta velocidad de comunicación inalámbrica, la curva de respuesta de frecuencia generalmente no es plana. La idea principal de OFDM es descomponer un canal determinado en subcanales mutuamente ortogonales en el dominio de la frecuencia. Cada subcanal es modulado por una subportadora y cada subportadora se transmite en paralelo. Incluso si el canal total no es plano, se garantiza que cada subcanal será relativamente plano. Debido a la transmisión de banda estrecha de los subcanales, el ancho de banda de la señal es significativamente menor que el ancho de banda del canal, lo que elimina en gran medida la interferencia entre subseñales.

El flujo de datos de alta velocidad y gran capacidad se descompone en múltiples subrutas de datos de baja velocidad y pequeña capacidad. Los datos de cada flujo de subseñal se modulan y superponen de forma independiente para formar un. señal de transmisión. Debido a la reducción en la velocidad y capacidad del canal y al aumento en el período de símbolo, la interferencia multitrayecto se heredará menos al siguiente símbolo, reduciendo así el porcentaje de retardo multitrayecto en los símbolos de señal y debilitando el impacto de la interferencia multitrayecto en el sistema de transmisión de señales. Los experimentos muestran que la señal de información original se puede restaurar completamente de acuerdo con el proceso de entrelazado de codificación y el proceso de decodificación y desentrelazado correspondiente especificado en el estándar 802.11a. La siguiente imagen es una visualización de osciloscopio de observaciones de dos sondas.

Al comparar estas dos formas de onda, no hay diferencia en la sensibilidad de las señales.

Para acelerar el desvanecimiento de la parte exterior de la banda del espectro de potencia OFDM, es necesario agregar una ventana al símbolo OFDM, que puede reducir gradualmente la amplitud del borde del período a cero. La función de ventana de coseno elevado se expresa como la fórmula (1):

(1)Ts se refiere a la longitud del símbolo antes de la ventana, β se refiere al factor de caída y (1 β)Ts se refiere a la Longitud del símbolo después de la ventana.

La siguiente fórmula (2) se utiliza a menudo para describir la equivalencia de las señales de salida OFDM.

La señal OFDM descrita por la ecuación (2) tiene un inconveniente: la velocidad de atenuación de la interferencia fuera de banda en el espectro de potencia es demasiado lenta. Aunque aumentar el número de subportadoras puede acelerar la atenuación de la interferencia fuera de la banda del espectro de potencia, el efecto todavía no es ideal si no se utiliza tecnología de ventanas.

En el proceso de comunicación real, el proceso de creación de ventanas es el siguiente:

(1) Rellene ceros después de N símbolos de señal de modulación digital para formar una secuencia de N valores de muestra de entrada.

(2) Realice la operación IFFT en la secuencia de valores de muestra, implante el último prefijo de la señal de salida antes del símbolo OFDM correspondiente y luego implante la primera muestra Tpostfix de la señal de salida IFFT después del símbolo OFDM.

(3) Multiplica el símbolo OFDM en el dominio del tiempo por la función de ventana de coseno elevado marrón (t) definida por la ecuación (1).

(4) Agregue el retardo del símbolo OFDM en ventana Ts al símbolo OFDM en ventana anterior. Habrá un área superpuesta con un ancho de banda de βT entre dos símbolos OFDM adyacentes.

La tecnología de modulación multiportadora (MCM) descompone un canal no lineal con un cierto ancho de banda en N subcanales aproximados, cada subcanal es aproximadamente lineal y cada subcanal utiliza un código de baja velocidad ( Velocidad de símbolo 1/N) transferir datos. El período de símbolo de datos de transmisión de baja velocidad es más largo cuando la relación entre el valor de retardo y el período de símbolo es menor que un cierto valor, la interferencia entre símbolos no será obvia. En esencia, MCM es insensible a la dispersión del retardo del canal y se puede obtener un mejor rendimiento utilizando MCM incluso sin un ecualizador.

Según la fórmula de Shannon, cuando la respuesta en frecuencia de un subcanal es aproximadamente lineal, la capacidad del canal es casi máxima. En cada subcanal, la densidad espectral de potencia de transmisión se puede determinar de acuerdo con las características del canal, cada canal se puede codificar de forma independiente y luego se utiliza un método de mapeo adecuado para el subcanal para realizar la transmisión de la señal, cuando la señal a -La relación de ruido es alta, se utiliza el método de mapeo MQAM y la relación señal-ruido es alta. Cuando la relación es baja, se usa el mapeo BPSK o QPSK. Además, cuando la separación de frecuencia δf es lo suficientemente pequeña, C(f) es casi constante, por lo que no es necesario que el receptor utilice un algoritmo de ecualización para la compensación y se puede ignorar la diafonía entre símbolos.

Referencias

[1] Sunborg J. Universal Personal Telecommunications (UPT), "Concepts and Standardization", Ellison Review, 1993, págs. 70-74

[2]John Proyakis. , traducido por Zhang Zongcheng y Zheng Baoyu. Comunicaciones digitales (tercera edición) [M]. Prensa de la industria electrónica, 1999, 2. , págs. 552-560

[3] Jiang Dan. Teoría y codificación de la información [M]. Prensa de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, 2001, páginas 125-130.

[4]Lu Junzhe. Tecnología de ecualización de canales OFDM [D]. Tesis de maestría de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de Xi'an, 2001.1.

El rey tiene política. LAN inalámbricas y sistemas de comunicaciones personales. Laboratorio Estatal Clave de Microondas y Comunicaciones Digitales. 2001.10.

[6] Jim Gale, "LAN inalámbrica: Lograr redes interoperables" People's Posts and Telecommunications Press Macmillan Technology Publishing Company, 2001.4, págs. 107-126