НОУ ИНТУИТ | Высокоскоростные сети связи. Лекция 8: Основы ортогонального доступа с частотным разделением каналов (OFDMA).

Учитесь и получайте официальные документы БЕСПЛАТНО. Вы можете поддержать наш проект.

Регистрация Вход

Твой путь к знаниям!

Опубликован: 03.05.2012 | Доступ: свободный | Студентов: 3214 / 766 | Оценка: 4.39 / 4.14 | Длительность: 19:41:00

Тема: Сетевые технологии

Специальности: Администратор информационных систем, Администратор коммуникационных систем

|

Вам нравится? Нравится 50 студентам

| Поделиться |

Поддержать курс

| Скачать электронную книгу

Аннотация: Рассмотрена широко применяемая в последнее время технология доступа к широкополосным мобильным сетям OFDMA, применяемые методы модуляции и стратегии использования каналов.

Ключевые слова: доступ, OFDM, мультиплексирование, orthogonal frequencies, division, входной, поток, подпоток, единица, устойчивость, функция, точность, префикс, время задержки, скорость передачи, информация, AMC, мощность, FFT, wimax forum, wimax, PHY, FDD, MIMO, абонентская линия, 802.11a, multiple access, diversity, FDMA, TDMA, average power, HSDPA, модуляция, производительность, automatic repeat request, SNR, метод модуляции, QPSK, quadrature, quadrature amplitude modulation, convolutional code, CTC, convolution, self-checking code, переменная отношения, формула Шеннона, BLER, error rate, ARQ, истина, кадр, IP, AWGN, gaussian noise, MSR, PRC, пакетная система, base station, RNG, BPSK, phase shift

Принципы системы OFDMA

Ортогональный многостанционный доступ с частотным разделением каналов (OFDMA) базируется на системе мультиплексирования OFDM.

Мультиплексирование с Ортогональным Частотным разделением каналов (OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing) - методика мультиплексирования, которая подразделяет полосу канала на множество поднесущих частот [ 2 ] , как показано на рис.8.1.

В системе OFDM, входной поток данных разделен на несколько параллельных подпотоков с уменьшенной скоростью передачи данных (с увеличением продолжительности каждого передаваемого на этой частоте знака). Каждый подпоток модулируется и передается на отдельной ортогональной^{1 Название ортогональные связано с тем, что поднесущие обладают свойством ортогональности, т.е коэффициент взаимной корреляции между ними равен нулю}поднесущей частоте. Протокольная единица, передаваемая с помощью одной несущей, называется символом. Увеличенная продолжительность символа улучшает устойчивость OFDM, уменьшая их максимальный разброс между символами, предаваемыми с помощью разных несущих.

Основные устройства, обеспечивающие модуляцию с несколькими несущими, по принципу OFDM показаны на рис.8.1 . Каждый подканал работает на своей несущей частоте. Если обозначить частоту первой несущей $\omega$ , то, вторая несущая будет иметь частоту $2\omega$ и т.д. для n-ого канала эта частота будет равна $n\omega$ .

Если для каждого из подпотоков применить квадратурную модуляцию, то получим квадратурных (ортогональных) функций типа $a_k\cos k\omega t+b_k\sin k\omega t$ . Если функции всех подканалов просуммировать, то получим функцию аналогичную функции называемой рядом Фурье.

$x(t)=a_0+\sum\limits_{k=1}^{N-1}\left[a_k\cos k\omega t+b_k\sin k\omega t \right]$

( 8.1)

Функция, полученная в результате модуляции, отличается от ряда Фурье тем, что она конечна. Для увеличения точности обработки и исключения взаимного влияния каналов реальная функция дополняется "префиксом", содержащим несколько значений ряда Фурье (псевдоканалов). Он устанавливается перед последовательностью квадратурных сигналов. Это увеличивает точность получения функции x(t) и позволяет более четко отделять подканалы друг от друга.

Рис. 8.1. Модуляция с несколькими несущими

Сумма функций полученных в результате модуляции "свертывается" с помощью обратного преобразования Фурье в одну функцию x(t) , которая преобразуется в цифровую форму и передается в линию.

На приемном конце происходит переход из цифровой в аналоговую форму, происходит прямое преобразование Фурье, квадратурные функции каждого канала демодулируются и собираются в одну последовательность, Как уже было сказано, для устранения межсимвольной интерференции, вводится циклический префикс (CP).

Циклический префикс добавляется в начало каждого OFDM-символа ( рис. 8.2) и представляет собой циклическое повторение окончания символа. Наличие циклического префикса создает временные паузы между отдельными символами, и если длительность защитного интервала превышает максимальное время задержки сигнала в результате многолучевого распространения, то межсимвольной интерференции не возникает.

Рис. 8.2. Защита от межсимвольной интерференции с помощью циклического префикса

Циклический префикс является избыточной информацией и в этом смысле снижает полезную (информационную) скорость передачи, но именно он служит защитой от возникновения межсимвольной интерференции. Указанная избыточная информация добавляется к передаваемому символу в передатчике и отбрасывается при приеме символа в приемнике.

Структура и формирование OFDM подканалов.

Структура подканала OFDM [43,44]содержит три типа поднесущих частот как показано на рис.8.3:

поднесущие информационные частоты для передачи данных
поднесущие частоты для передачи пилот сигналов (для измерений и целей синхронизации)
нулевые поднесущие частоты, используемые для защитных интервалов частот

Рис. 8.3. Распределение поднесущих частот

Активные поднесущие частоты (информационные и пилот – сигнал) сгруппированы в поднаборы поднесущих частот, называемые подканалами. Поднесущие частоты, формирующие один подканал, могут быть, но не должны быть, смежными. Основная нагрузка и сигналы управления предаются в подканалах.

Пилот – сигналы распределяются в зависимости от способа распределения поднесущих и направления потока.

При формировании подканалов в направлении "вниз"^{2Направление "вниз" (DL – Down Link) – линия в направлении от центрального узла к периферийному, в данном случае – от базовой станции к мобильной. Направление "вверх" (UL – Up Link) - линия в напралении от периферийного узла к центральному в данном случае - от мобильной станции к базовой} применяются следующие способы:

каналообразование с полным использованием поднесущих частот (FUSC - Fully Usage Subcanalization),
каналообразование с частичным использованием поднесущих частот (PUSC - Partial Usage Subcanalization),
смежные перестановки c адаптивной модуляцией и кодированием AMC (Adoption modulation and Coding).

Частичное использование поднесущих частот означает, что из всего набора поднесущих частот выбирается только часть. Устройства (например, подвижные станции) работают, занимая только часть полосы. Поскольку в этом случае вся излучаемая мощность концентрируется только в используемой полосе, это приводит к увеличению излучаемой мощности на каждую поднесущую. Для передачи информации в направлении "вверх" в городских условиях это дает дополнительный запас на замирания.

При направлении "вверх" применяется только два способа с полным использованием поднесущих частот (UL PUSC) и дополнительные перестановки. Подканалы в направлении "вниз" могут работать с различным приемниками, подканалы в направлении "вверх" могут работать с различными передатчиками. Существует два типа формирования подканалов из поднесущих частот:

смежные.
с разнесением.

В первом случае для подканала выбираются поднесущие, которые находятся рядом в диапазоне частот.

Формирование подканала с разнесением выбирает номиналы поднесущих частот для каждого канала в соответствии псевдослучайной последовательностью. Это обеспечивает разнесение по частоте и усредняет межсотовую интерференцию.

Дальше >>

Авторизоваться

Высокоскоростные сети связи

Основы ортогонального доступа с частотным разделением каналов (OFDMA).

Принципы системы OFDMA

Структура и формирование OFDM подканалов.

Вопросы и ответы