miércoles, 14 de mayo de 2008

Un panorama de OFDM

OFDM ha sido la norma aceptada para la televisión digital para la radiodifusión de más de una década. Europea DAB y DVB-T OFDM las normas de uso. HIPERLAN 2 estándar también está utilizando técnicas de modulación OFDM y también lo es la de 5 GHz de extensión estándar IEEE 802,11. ADSL y VDSL uso OFDM. Más recientemente, IEEE 802,16 ha normalizado OFDM para tanto fijas como móviles WiMAX. El mundo celular no se quede atrás, ya sea con la evolución global LTE OFDM. ¿De qué se trata OFDM que hace un caso para la adopción generalizada de nuevas normas?

Inter-Símbolo de Interferencia (ISI)

Un problema fundamental para los sistemas de comunicación es ISI. Es un hecho que cada canal de transmisión es el momento de la variante. Dos símbolos adyacentes son propensos a experimentar diferentes características canal incluyendo el tiempo los retrasos. Esto es particularmente cierto en canales inalámbricos y la comunicación de terminales móviles en múltiples condiciones. Para baja las tasas de bits (señales de banda estrecha), la velocidad de símbolo es lo suficientemente largo de manera que un retraso en las versiones de que la señal llegue a todos con el mismo símbolo. Ellos no extenderse a los símbolos y las subsiguientes, por lo tanto, no hay ISI. Como datos las tasas de subir y / o la demora aumenta canal (señal de banda ancha), ISI comienza a ocurrir. Tradicionalmente, este ha sido superado por las técnicas de ecualización, filtros de predicción lineal y rastrillo receptores. Se trata de estimar el canal. Esto funciona bien si el número de símbolos a ser considerado es bajo. Suponiendo BPSK, una velocidad de transmisión de datos de 10 Mbps sobre un canal con un plazo máximo de 10 μ s tendrían igualdad de más de 100 símbolos. Esto sería demasiado complejo para cualquier receptor.

En HSDPA, la velocidad de transmisión de datos es tan alto como 14,4 Mbps. Pero esta QAM16 y usos, por tanto, la tasa de baudios no es tan alto. Utilizando un nivel superior requiere una mejor modulación canal de condiciones y un mayor poder para transmitir la decodificación correcta. HSDPA utiliza también multicode transmisión, lo que significa que no todos los datos se realiza en un solo código. La carga se distribuye en los recursos físicos lo que reduce aún más ISI. Hoy la necesidad es aún mayor para las tasas de bits. Una mayor modulación régimen como QAM64 pueden ser empleados, pero esto requerirá mayor potencia de transmisión. ¿Cuál podría ser una posible solución para resolver el problema de ISI a las tasas de bits más altas?

Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal (OFDM)

Propuestas iniciales para OFDM se hicieron en los años 60 y los años 70. Se ha tardado más de un cuarto de siglo de esta tecnología para pasar de la investigación de dominio para la industria. El concepto de modulación OFDM es bastante simple pero la viabilidad de su aplicación tiene muchas complejidades. Un único flujo de datos se divide en paralelo cada uno de los arroyos que se codifica y modulada en un subcarrier, un término comúnmente usado en sistemas OFDM. Por lo tanto, la alta tasas de bits visto antes en una sola compañía aérea se reduce a poco las tasas más bajas en el subcarrier. Es fácil ver que el ISI, por lo tanto, se reducirá drásticamente.

Esto suena demasiado simple. Cuando no pensamos en esto mucho antes? En realidad, los sistemas FDM han sido comunes durante muchas décadas. Sin embargo, en la FDM, las compañías aéreas son todas independientes entre sí. Existe una guardia en el período entre ellas y no se solapan en absoluto. Esto funciona así porque en cada sistema FDM transportista lleva los datos destinados a otro usuario o aplicación. Radio FM es un sistema FDM. FDM sistemas no son ideales para lo que queremos para los sistemas de banda ancha. El uso de FDM que se pierdan demasiado ancho de banda. Aquí es donde OFDM tiene sentido.

En OFDM, subcarriers se superponen. Ellos son ortogonales porque el pico de un subcarrier se produce cuando otras subcarriers se encuentran en cero. Esto se consigue mediante la realización de todos los subcarriers usando Inverse Fast Fourier Transform (IFFT). El demodulador en el receptor de canales paralelos de un bloque de FFT. Tenga en cuenta que cada subcarrier todavía puede ser modulada independiente. Esta ortogonalidad está representado en la figura 1.

Figura 1: OFDM Subcarriers en dominio de la frecuencia

En última instancia ISI es conquistado. Siempre que se mantiene la ortogonalidad, sistemas OFDM mejores resultados que los sistemas de único transportista en particular en los canales de frecuencia selectiva. Cada subcarrier se multiplica por una compleja función de transferencia del canal y la igualación de este es bastante simple.

Consideraciones Básicas

Un sistema puede OFDM experiencia se desvanece al igual que cualquier otro sistema. Así, la codificación se requiere para todos los subcarriers. Hacemos llegar frecuencia diversidad ganar porque no todos los subcarriers experiencia desapareciendo al mismo tiempo. Por lo tanto, una combinación de codificación y entrelazados nos da un mejor rendimiento en un canal de desvanecimiento.

Mayor rendimiento se logra mediante la adición de más subcarriers pero esto no siempre es posible. Añadiendo más subcarriers podría dar lugar a FM ruido aleatorio resultando en una forma de tiempo de desvanecimiento selectivo. Limitaciones prácticas del equipo transceptor y la disponibilidad del espectro significa que las alternativas tienen que ser tenidas en cuenta. Una alternativa es añadir una banda de guardia en el dominio del tiempo para permitir retrasar la propagación multitrayecto. De este modo, los símbolos que llegan tarde no interferirá con la posterior símbolos. Este tiempo de guardia es un puro sistema de gastos generales. El tiempo de guardia debe estar diseñado para ser más grande que la espera retrasar la propagación. La reducción de ISI de retrasar la propagación multitrayecto, por tanto conduce a decidir sobre el número de subcarriers y la duración del período de guardia. Frecuencia de desvanecimiento selectivo de la canal se convierte en frecuencia plana desvanecimiento en el subcarriers.

Desde ortogonalidad es importante para los sistemas OFDM, la sincronización de la frecuencia y el tiempo debe ser muy buena. Una vez ortogonalidad que se pierde la experiencia inter-porteador interferencia (ICI). Esta es la injerencia de un subcarrier a otro. Hay otra razón para ICI. Agregando la guardia con el tiempo de transmisión no causa problemas para la IFFT y la FFT, lo que da lugar a ICI. Una versión demorada de un subcarrier puede interferir con otro subcarrier en el próximo período de símbolo. Esto se evita mediante la ampliación de la signatura en el período de guardia que lo precede. Esto se conoce como un prefijo cíclico. Asegura que un retraso en los símbolos se han número entero de ciclos dentro del intervalo de integración FFT. Esto elimina ICI tanto tiempo como el retrasar la propagación es menor que el período de guardia. Debemos tener en cuenta que la FFT período de integración excluye el período de guardia.

Técnicas Avanzadas

Aunque subcarriers son ortogonales, un pulso de conformación rectangular da lugar a una forma sinc en el dominio de la frecuencia. Lóbulos laterales demora lentamente produciendo fuera de la banda de interferencia. Si la frecuencia de sincronización de error es significativo, esto puede dar lugar a una mayor degradación de rendimiento debido a estos lóbulos laterales. La idea de dar forma suave pulso se ha estudiado como el uso de Gaussian funciones. Aunque la señal decae rápidamente a partir de la frecuencia portadora, el problema es que se pierde ortogonalidad. ISI e ICI pueden ocurrir más de unos pocos símbolos. Por lo tanto la equiparación debe realizarse. Hay dos ventajas - da la igualdad y la diversidad ganancia suave impulso en la configuración de los resultados más robustez a errores de sincronización. Sin embargo, diverisy ganancia se obtiene con la debida codificación y fuera de la banda de interferencia puede ser limitado por la filtración. De este modo, la técnica de estimación de canal y la igualdad parece innecesaria para los sistemas OFDM.

Marco y sincronización de tiempo se puede lograr utilizando bloques de cero (no transmisión). La formación de bloques se podrían utilizar. Periódico símbolos de los patrones conocidos se podrían utilizar. Estos sirven para proporcionar una estimación aproximada del marco momento. El período de guardia se podrían utilizar para proporcionar más exacta sincronización. Frecuencia de sincronización es importante para minimizar el ICI. Piloto símbolos se utilizan para proporcionar una estimación de las compensaciones y correcta para el mismo. Piloto símbolos se utilizan cuando la sincronización rápida es necesaria a corto marcos. Para sistemas con transmisión continua, la sincronización sin piloto símbolos puede ser aceptable si no hay prisa para llegar sincronizados.

Uno de los problemas de OFDM es un alto pico-a-Relación media. Esto causa dificultades a la hora de amplificadores de potencia. Por lo general, tienen que ser operado en un gran backoff para evitar fuera de la banda de interferencia. Si esta interferencia es a ser inferior a 40 dB por debajo de la densidad de potencia en la banda OFDM, backoff una aportación de más de 7,5 dB se requiere [2]. Crest factor se define como la relación de amplitud pico a RMS de amplitud. Crest factor de reducción (CFR), existen técnicas para que los diseñadores son capaces de usar un PA más barato para el mismo rendimiento. Algunos enfoques de la CFR se describen brevemente a continuación:

  • Sólo un subconjunto de OFDM bloques que están por debajo de un umbral de amplitud son seleccionados para su transmisión. Símbolos fuera de este conjunto se convierten en el conjunto adecuado de agregar redundancia. Estos bits redundantes también podría ser usado para corrección de errores. En la práctica, este método es práctico es sólo para unos pocos subcarriers.
  • Cada secuencia de datos pueden ser representados en más de una forma. El transmisor choses que minimiza la amplitud. El receptor está indicado de la elección.
  • Recorte es otra técnica. Usado con sobremuestreo, que causa fuera de la banda de interferencia que, generalmente, es eliminado por los filtros FIR. Estos filtros son necesarios de todos modos para eliminar los lóbulos laterales debido a la configuración de pulso rectangular. El nuevo filtro de causas picos (paso ondas), pero todavía pico a potencia media proporción se reduce.
  • Corrección de funciones se aplican a la señal OFDM donde se observan los picos, mientras que se mantienen fuera de banda interferencias al mínimo. Si muchos son los picos que han de corregirse, entonces toda la señal tiene que ser atenuada y, por tanto, el rendimiento no puede ser mejorado más allá de cierto límite. Una corrección similar se puede hacer mediante la utilización de un aditivo para la función (en lugar de multiplicativo) con diferentes resultados.
Uno de los problemas de filtrado de una señal OFDM es el paso de onda. Es bien conocida en el diseño del filtro teoría de que si queremos reducir al mínimo esta onda, el número de grifos en el filtro debe aumentarse. La disyuntiva es entre el desempeño y la relación coste-complejidad. Una onda superior lleva a un aumento de REC. Fluctuación tiene un peor efecto en los sistemas OFDM porque algunos subcarriers obtener amplificado y obtener otros atenuada. Una forma de combatir esto es a igualar la relación señal ruido en todos los subcarriers utilizando lo que se llama pre-digital de la distorsión (DPD). La aplicación de filtrado antes de DPD aumenta la potencia de señal y, por tanto, fuera de la banda de interferencia. Esta última debe limitarse mediante una mayor atenuación fuera del paso en comparación con un sistema sin predistortion. La secuencia de las operaciones en el transmisor sería la representada en la figura 2.

Figura 2: Típica Cadena de Transmisor OFDM
Por arvindpadmanabhan

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