orthogonal frequency division multiplexing
DESCRIPTION
Orthogonal Frequency Division Multiplexing. Alapok és alkalmazások. Tartalom. Bevezető OFDM elv OFDM adó Jel előállítás Problémák Vevő Többszörös hozzásférés FDMA, TDMA, CDMA Adaptív moduláció, csatorna kódolás Példa Elméleti, IEEE 802.16, 802.11a, Hiperlan2. Bevezető. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Alapok és alkalmazások
Tartalom
Bevezető OFDM elv OFDM adó
– Jel előállítás– Problémák
Vevő Többszörös hozzásférés
– FDMA, TDMA, CDMA Adaptív moduláció, csatorna kódolás Példa
– Elméleti, IEEE 802.16, 802.11a, Hiperlan2
Bevezető
Új átviteli technikák alkalmazása nem divat, hanem valós igények felmérésén alapszik
– Adat szolgáltatás, felhasználói sűrűség, bit sebesség, egyszerűbb architektúra, aszimetrikus adatforgalom, adaptivitás
Vegyünk egy frekvencia szelektív fadinges csatornát, ahol nagy bit sebességgel szeretnénk kommunikálni.
– Ts<Tchd– ISI alakul ki -> torzítás -> kiegyenlítő szükséges ->komplex vevő
Cél eredő bit sebesség megtartásával, ISI mentes egyszerű átviteli rendszert tervezni!!!
Az egy gyors csatorna helyett, sok alacsonyabb sebességű csatornákat alkalmazni
– S/P átalakítás – A bit sebesség az eredeti K részére csökken
Ha Ts’>Tchd, nincs ISI a többutas terjedés késleltetés szórásból adódó idő diszperzió
csökken
Felhasználható – Ahol nagy a csatorna késleltetés– Pl: szélessávú átvitel, v. épületen belüli rendszerek
Spektrum felosztása több ortogonális csatornára
• 4 alvivő
• A rendel-kezésre álló sávszélesség hatékony kihasználása miatt összetoljuk az alvivőket.
Megoldás:– Az alvivők ortogonálisak
egymásra– Ahol az egyik vivőnek
maximuma van, ott a többi vivő eltünik.
– Vivők közötti távolság f =1/Ts
OFDM spektrum kielégíti a Nyquist-kritériumot
– ISI nélküli átvitel
Megj: A Nyquis K-hoz szükséges jelforma nem idő-, hanem frekvencia tartományban van.
-> Nem ISI, hanem ICI mentesen kell kommunikáni.
Egy T-n belül a ciklus pontosan egyész számú többszöröse található.
A szomszédos alvivők között pontosan egy ciklus különbség van.
– Ez adja az ortogonalitást Hogyan állítunk elő ilyen
jeleket?
OFDM jelgenerálás
Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT)– Komplexitási okok miatt IFFT
N pontos IDFT: N2 komplex szorzás IFFT: (N/2)log2(N) – radix-2 algoritmus
Védő idő
Védő idő, ciklikus kiterjesztés– Többutas terjedés -> ISI -> két vivő nem ortogonális
Védő idő beiktatása, ami hosszabb, mint a várt késleltetés szórás
Nincs interferencia a következő szimbólummal
– Típusai Nincs adat (csupa nulla) Szimbólum késleltetett másolata, egy FFT intervallumon
belül egész számszorosa egy ciklusoknak
Ablakozás
A PSK moduláció miatt a szimbólumok végén fázisugrás
A sinc(x) függvények miatt a sávon kívüli spektrum lassan csökken
Emelt koszinuszos szűrő ablakot alkalmaznak az időtartományban.
Problémák
Peak to Average Power Ration (PAPR)– probléma a ADC/DAC,valamint az RF teljesítmény erősítőnél– Megoldás
Csatorna kódolással OFDM szimbólum csúcsértékei (peaks) körüli nemlineáris torzítása
– peak windowing, peak cancellation scrambling minden OFDM szimbólumot különböző scrambling kóddal és a
legjobbat kiválasztani Vivő szinkronizálás
– Ortogonalitás csökken, demodulálás romlik– Pilot jelek beillesztése– Csatorna becslés
OFDM vevő
FFT Csatorna paraméter becslés
– Pilot jelekből– Felhasználható: adaptív moduláció, - kódolás
Többszörös hozzáférés
OFDM/FDMA (OFDMA) OFDM/TDMA OFDM/CDMA (MC-CDMA)
Többszörös hozzáférés
Szükséges, elfogadott szabályok
– Tg=4 x rms késleltetés szórás
– Ts=5 x Tg– # alvivők= -3dB
sávszélesség / f =bit. seb/alvivő bit. seb
Adott– Bit seb: 20 Mb/s– Csatorna késleltetés: 200 ns– Max Sávszélesség: 15 MHz
Számított– Tg=800 ns– Ts=6*Tg=4.8us f =1/(4.8 – 0.8) = 250 kHz– 20 MHz * 4.8 us = 96 bit info / alvivő -> 16QAM + ½ kódolás
(2bit/szimbólum) -> 48 alvivő v.– QPSK + ¾ kódolás (1.5 bit) -> 64 alvivő ->64*250=16 MHz
OFDM alkalmazás
DAB, DVB-T IEEE 802.11a – WLAN PHY rétege HiperLAN/2 IEEE 802.16a – WirelessMAN (2-11GHz) xDSL
Hiperlan– Vivők sz. = 52 (48+4)– B = 20 MHz– Tg = 800 ns– Moduláció:BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM– Konvoluciós kódoló: ½, ¾ v. 9/16 punctured– Bit seb.:6,9,12,18,27,36,54 Mbps
WirelessMAN
1998 augusztus – 2002 Április Frekvencia sáv
– 10-66GHz SC– 2-11 GHz MC
MAC– Pont – több pont– Nagy sebesség (UL/DL)– Folytonos és börsztös folyam
10-66 GHz
LOS terjedés SC moduláció
– DL: TDM jelek– UL: TDMA
TDD és FDD
2-11 GHz
Még nincs kész a szabvány NLOS terjedés
– Többutas terjedés!!
WirelessMAN-OFDM 256 pontos trafo– TDMA csatorna hozzáférés
WirelessMAN-OFDMA 2048 pontos trafo
PHY réteg
Csatorna sávszélesség: 20 v. 25 v. 28 MHz FEC kódolás: Reed-Solomon GF(256) Moduláció: QPSK, 16QAM, 64QAM Keret hossz: 0.5, 1, 2 ms