Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alapok és alkalmazások

Tartalom Bevezető OFDM elv OFDM adó Vevő Többszörös hozzásférés 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.

OFDM spektrum kielégíti a Nyquist-kritériumot 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) Vivő szinkronizálás 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 Számított 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 MAC 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