Cuprins

Aceasta lucrare poate fi descarcata doar daca ai statut PREMIUM si are scop consultativ. Pentru a descarca aceasta lucrare trebuie sa fii utilizator inregistrat.

Extras din document

CUPRINS:
Capitolul 1
1.1.1 Comparatie intre OFDM si transmisia cu o singura unda purtatoare
1.1.2 Limitarile modulatiei sistemelor
1.1.3 Realizarea simulatiei
1.1.4 Codarea GRAY
1.1.5 Modulatia coerenta
1.1.6 Modulatia de faza diferential
1.1.7 QAM diferential
1.1.8 Interpretarea rezulatatelor simularii
1.2 Efectul simbolului pilot in egalizarea caii in modulatia coerenta
1.3 Efectul distorsiunilor asupra OFDM.
1.3.1 Modularea distorsiunii
1.3.2 imprastierea spectrala provocata de retezarea distorsiunii.
1.3.3. SNR-ul efectiv din retezarea distorsiunii.
1.3.4. Efectul simbolului pilot asupra BER cu distorsiune.
1.3.5 Reducerea imprastierii spectrale prin retezare cu ajutorul prefiltrului
1.3.6 Efectul erorii de sincronizare in timp.
1.3.7 Efectul erorii de sincronizare in frecventa.
Capitolul 2
2.1. Pierderea caii si atenuarea.
2.2. Estomparea lenta.
2.3. Efectele multicale.
2.4 intirzierea de imprastiere.
2.5 Estomparea pe termen scurt
2.6. Estomparea selectiva a frecventei.
2.7 Estomparea in spatiu a frecventei
2.7.1. Egalizarea
2.8. Masurarea estomparii frecventei in spatiu
2.8.1. Locatiile pentru masuratori
2.8.2 Rezultatele masuratorii

Alte date

?Comparatie intre OFDM si transmisia cu o singura unda purtatoarePrincipiile de baza ale OFDM Albu George si Calugaru Daniel?

Comparatie intre OFDM si transmisia cu o singura unda purtatoare

Multiplexarea prin divizarea ortogonala in frecventa (OFDM) este foarte asemanatoare cu bine cunoscuta si utilizata tehnica de multiplexare prin divizarea in frecventa (FDM).

OFDM utilizeaza principiile FDM pentru a permite emiterea/transmiterea unor mesaje multiple pe o singura cale radio. Oricum se realizeaza intr-o maniera mult mai controlata care permite imbunatatirea eficientei spectrale.

Un exemplu simplu de FDM consta in utilizarea diferitelor frecvente pentru fiecare statie radio FM. Toate statiile emit in acelasi timp dar nu exista interferenta intre ele deoarece ele emit folosind diferite frecvente ale undelor purtatoare. În plus, ele sunt limitate ca latime de banda si sunt dispuse separat la distante suficient de mari intre frecvente astfel incat semnalele emise de ele nu se suprapun in domeniul frecventei.

La receptor, fiecare semnal este receptat individual prin utilizarea cu unui filtru de trecere acordabil ortogonal in frecventa si care indeparteaza selectiv toate semnalele cu exceptia celor provenite de la statia de interes, ce ne intereseaza. Acest semnal filtrat poate fi apoi demodulat pentru a recupera informatia emisa initial.

OFDM este diferita de FDM in cateva puncte. În transmisie fiecare statie radio emite pe o frecventa diferita, folosind efectiv FDM pentru a mentine o separatie intre statii. Oricum nu se realizeaza coordonarea sau sincronizarea intre nici una dintre aceste statii.

Într-o transmisie OFDM in sistemul DAB, semnalele informationale de la statiile multiple sunt combinate intr-un singur flux de date mutiplexat. Aceste date sunt apoi transmise folosind un ansamblu OFDM care consta dintr-o impachetare densa a mai multor sub-unde purtatoare.

Toate undele subpurtatoare ale semnalului OFDM sunt sincronizate intre ele ca timp si frecventa, permitand controlarea atenta a interferentei intre undele subpurtatoare. Aceste numeroase unde subpurtatoare se suprapun in domeniul de frecventa, dar nu cauzeaza interferenta intre undele purtatoare, datorita naturii ortogonale ale modulatiei. În mod tipic, semnalele transmise cu ajutorul FDM necesita o banda de garda in frecventa mare intre cai pentru a preveni interferenta. Aceasta micsoreaza eficienta spectrala totala. Oricum, folosind OFDM, impachetarea ortogonala a undelor subpurtatoare reduce foarte mult aceasta banda de garda, imbunatatind eficienta spectrala.

Toate sistemele de comunicatie mobile folosesc o schema de modulatie pentru a inregistra semnalul cu informatie intr-o forma care poate fi transmisa efectiv prin calea de comunicatie. A fost dezvoltat un domeniu larg de scheme de modulatie, cea mai potrivita dintre ele fiind aleasa dupa cum semnalul informational are o forma de unda de analog sau de semnal digital. Cateva dintre tipurile de modulatie pentru un semnal analog uzuale ar fi :

Modulatia Frecventei (MF), Modulatia Amplitudinii (AM), Modulatia Fazei (PM), Banda cu o singura parte (SSB) (Single Side Band), Banda cu o parte remanenta/reziduala (VSB), Banda cu o unda suprimata de doua ori (DSBSC) [121], [122].

Schemele de modulatie obisnuite pentru o singura unda purtatoare pentru comunicatiile digitale includ Modulatia in Amplitudine (ASK), Modulatia in Frecventa (FSK), Modulatia in Faza (PSK) si Modulatia in Quadratura de Faza (QAM) [121]-[123].

Într-o transmisie FDM, pentru fiecare din undele purtatoare se poate folosi o schema de modulatie a semnalului analog sau digital. Nu exista nici o sincronizare intre transmisii, asa ca o statie poate transmite folosind FM iar alta in digital folosind FSK. Într-o singura transmisie OFDM, toate undele subpurtatoare sunt sincronizate intre ele, restrictionand transmisia la tipurile de modulatie digitala. OFDM se bazeaza pe simboluri si poate fi imaginata ca un numar mare de unde purtatoare cu rata de bit joasa transmise in paralel.

Toate aceste unde purtatoare sunt transmise la unison folosind sincronizarea in timp si frecventa, formand un singur bloc de spectru. Astfel se asigura ca natura ortogonala a structurii este mentinuta. Deoarece toate aceste numeroase unde purtatoare provin dintr-o singura transmisie OFDM, ne vom referi in mod obisnuit la ele ca la unde, "subpurtatoare", termenul unda "purtatoare" fiind rezervat pentru denumirea undei purtatoare RF care "mixeaza" semnalul din banda de baza. Exista cateva moduri de a studia ce se intampla cu undele subpurtatoare intr-un semnal ortogonal OFDM si modul cum acesta previne interferenta intre ele.

Capitolul1

1.1.1 Comparatie intre OFDM si transmisia cu o singura unda purtatoare

BER-ul unui sistem OFDM depinde de cativa factori, ca de exemplu schema de modulatie utilizata, cantitatea de multicale si nivelul de zgomot al semnalului. Oricum daca studiem performanta OFDM cu numai AWGN, atunci performanta OFDM este exact aceeasi ca cea a unei singure unde purtatoare coerent transmisa prin folosirea aceleiasi scheme de modulatie.

Daca luam in considerare o singura unda subpurtatoare OFDM (din moment ce undele subpurtatoare sunt ortogonale una cu cealalta, aceasta nu afecteaza performanta in nici un fel) atunci aceasta este exact aceeasi ca si transmisia cu o singura unda purtatoare care este modulata in quadratura fara nici o filtrare ”trece banda”. Amplitudinea undei transmise si faza sunt mentinute constante peste o perioada a simbolului si sunt stabilite pe baza schemei de modulatie si a datelor transmise. Acest vector transmis este reactualizat la inceputul fiecarui simbol, rezultatul consta intr-un raspuns in frecventa sinc, care este raspunsul necesar pentru OFDM.

Receptia optima pentru o astfel de transmisie cu o singura unda purtatoare este un receptie corespunzatoare din punct de vedere al coerentei, care poate fi implementata prin mixarea semnalului la DC utilizand un mixer IQ. Rezultatele cons de la iesirea IQ descriu amplitudinea si faza undelor purtatoare modulate receptate. Amplitudinea si faza semnalului transmis sunt constante pe perioada de simbol si astfel metoda optima pentru indepartarea majoritatii zgomotului din semnal consta in utilizarea unui filtru integrat. Acest filtru mediaza vectorul IQ receptat pe intreg simbolul, apoi realizeaza demodelarea IQ pe medie. Demodelarea unui semnal OFDM se realizeaza exact in acelasi mod. La receptor este utilizata o FFT pentru a estima amplitudinea si faza fiecarei unde subpurtatoare. FFT este echivalenta exact cu mixarea IQ a fiecareia dintre undele subpurtatoare la DC transferate pentru numarul de esantioane in FFT. Din aceasta putem observa ca FFT realizeaza aceleasi operatie ca si receptorul corespunzator pentru o transmisie cu o singura unda purtatoare, doar ca acum pentru un grup de unde subpurtatoare. Putem concluziona ca in AWGN, OFDM va avea aceeasi performanta ca si in transmisia unei singure unde purtatoare fara nici o limitare de banda. Oricum, majoritatea mediilor de propagare sufera de efectul de propagare multicale. Pentru o latime de banda de transmisie fixa data, rata de simbol pentru o transmisie cu o singura unda purtatoare foarte inalta, in timp ce pentru un semnal OFDM este de N ori mai joasa, unde N este numarul de unde subpurtatoare utilizat. Aceasta rata de simbol mai scazuta are ca rezultat o scadere a ISI. Pe langa scaderea ratei de simbol, sistemele OFDM pot de asemenea utiliza perioada de garda la inceputul fiecarui simbol. Aceasta perioada de garada indeparteaza orice ISI mai scurt decat lungimea sa. Daca perioada de garda este suficient de lunga, atunci toate ISI pot fi indepartate. Propagarea multicale determina scaderea selectiva a frecventelor (a se vedea sectiunea 3-6 pentru mai multe detalii) care conduce la scaderea undelor subpurtatoare individuale. Majoritatea sistemelor OFDM folosesc corectia de eroare directa pentru a compensa undele subpurtatoare care sufera de scadere severa. Schema de modulatie adaptativa propusa in sectiunea 4.2 stabileste o corespondenta intre schema de modulatie a fiecarei unde subpurtatoare si SNR-ul sau. Eficienta spectrala suplimentara a acelor unde subpurtatoare care au un SNR mai mare decat media (datorita interferentei constructive) tinde sa compenseze undele subpurtatoare care sunt subiectul scaderii (interferenta distructiva). Ca urmare a celor de mai sus, performanta unui asemenea sistem OFDM intr-un mediu multicale este similara cu performanta sa intr-o cale AWGN. Performanta sistemului OFDM va fi in primul rand determinata de catre zgomotul observat de receptor. Oricum, performanta unei transmisii cu o singura unda purtatoare va scadea rapid in prezenta multicaii.

1.1.2 Limitarile modulatiei sistemelor

Majoritatea sistemelor de comunicatie mobile curente, in mod special GSM, IS-95 si sistemele de a trei generatie folosesc numai scheme de modulatie cu toleranta inalta la zgomot, cum ar fi BPSK, QPSK sau alte sisteme. Drept urmare eficienta spectrala va fi scazuta dar va fi imbunatatita robustetea. Aceste sisteme folosesc scheme de modulatie fixe datorita problemelor intalnite la obtinerea unui SNR inalt. Rata de simbol a sistemelor cu o singura unda purtatoare trebuie sa fie inalta daca se urmareste obtinerea unei rate de bit inalte si ca rezultat, sistemele GSM necesita o egalizare complexa (pana la 4 perioade de simbol) pentru a face fata propagarii multicale. Sistemele GSM sunt proiectate pentru a face fata unei intarzieri la imprastiere de maxim de 15s, care corespunde unei intarzieri la imprastiere tipice experimentala la o distanta de transmisie de 30-35Km. Rata de simbol pentru GSM este de 270KHz si corespunde unei perioade de simbol de 3,7s si astfel ca ISI determinat de multicale se intinde peste 4 perioade de simbol. În mod normal, aceasta ar distruge complet informatia transmisa, dar, in practica, aceasta este recuperata prin folosirea egalizarii adaptative complexe.

În sistemele DC-CDMA problema nu este limitata in mod fundamental de multicale, ci de catre interferenta inter-utilizator. Sistemele DC-CDMA utilizeaza faptul ca prin imprastierea informatiei utilizatorului peste o latimea de banda, se permite utilizatori sa transmita la aceeasi frecventa [26], [27]. Fiecare dintre acesti utilizatori imprastie semnalul informatiei prin multiplicarea sa cu o Secventa Pseudo Întamplatoare (PRS) unica, cu o viteza mai mare. La receptor, semnalul de la fiecare utilizator este extras prin multiplicarea sa cu acelasi (PRS) si integrat peste perioada de simbol. Oricum acest proces este non-ortogonal in legatura inversa avand ca rezultat faptul ca utilizatorii apar ca zgomot unii pentru ceilaltii. Capacitatea sistemului este maxima cand numarul de utilizatori este maxim, avand drept rezultat, nivelul de zgomot foarte inalt. Drept urmare, sistemul opereaza in mod caracteristic la un Raport dintre Energia pe Bit si Zgomot (EBNR) in jur de 5-8 dB dupa demodulare. Aceasta exclude schemele de modulatie cu eficienta inalta din moment in care SNR-ul este prea scazut. Pe de alta parte, OFDM minimalizeaza ambele efecte descrise, multicalea este minimalizata prin utilizarea unei rate de simbol scazuta si prin utilizarea perioadei de garda.

Egalizarea caii poate fi usor realizata prin utilizarea simbolurilor pilot sau a tonurilor pilot. Acest tip de egalizare prezinta acuratete si are drept rezultat eroarea reziduala minima, astfel permitand un SNR de nivel inalt. În plus, in OFDM, utilizatorii sunt mentinuti ortogonali unul cu celalalt prin utilizarea multiplicarii timpului ori multiplicarea prin divizarea secventei de sincronizate, minimalizand interferenta inter-utilizator. Ambele aceste avantaje inseamna ca SNR-ul de eficacitate inalta al caii poate fi mentinut chiar intr-un mediu multicale, multiutilizator. Acest potential pentru un SNR inalt inseamna ca schemele de modulatie inalta pot fi utilizate in sistemele OFDM, permitand imbunatatirea eficientei spectrale a sistemului.

1.1.3 Realizarea simulatiei

Efectele AWGN asupra OFDM au fost simulate pentru un domeniu larg de scheme de modulatie pentru unde subpurtatoare. Diagramele IQ sunt prezentate in tabelul 1.2. Rezultatele prezentate arata performanta BER ca o functie a SNR-ului caii. Alte simulari din aceasta lucrare prezinta performata OFDM pentru un domeniu de efecte daunatoare. Aceste simulari masoara performanta prin gasirea SNR-ului efectiv al caii in loc de BER. Rezultatele prezentate in aceasta sectiune pot fi folosite pentru a prezice BER-ul pentru schema de modulatie specifica utilizata.