Генерація символів OFDM

Інформація, призначена для передачі, заздалегідь захищена від помилок, тобто в потік даних додаються перевірочні символи перед перетворенням його у велике число тих, що несуть. Кожна підносяча передає частину потоку даних. Як і у разі тієї, що однієї несе та, що кожна піднесе вимагає розкладки (відображення) даних (mapping) для генерації QPSK, 16QAM або 64QAM. Та, що кожна піднесе модулюється незалежно від інших. В принципі, OFDM-модулятор можна представити у вигляді сукупності декількох тисяч квадратурних модуляторів Кожен модулятор має ту, що власну заздалегідь сформовану несе. Всі процеси модуляції синхронізовані так, що в кожному випадку проводиться загальний символ точно певної довжини Δt = 1/Δf. Проте ця процедура чисто теоретична, на практиці це не реалізовується і служить лише для ілюстрації принципу OFDM.

Практично символ OFDM генерується безліччю процесів відображення, при яких формуються дві таблиці, що поступають на блок Зворотного Швидкого Перетворення Фурье (ОБПФ). Тобто OFDM є результатом застосування числової математики у високошвидкісних комп’ютерах.

Процес модуляції відбувається таким чином. Потік даних із захистом від помилок розділяється випадковим чином на безліч (до декількох тисяч) підпотоків. Кожен підпотік пакет за пакетом поступає у формувач модуляційних символів (маппер), який генерує опис відповідного субвектора, розділеного на дійсну Re(f) і уявну Im(f) частини. Формуються дві таблиці - для дійсних і уявних частин. В результаті переходять з тимчасової області в частотну. Що кожна піднесе, призначена для модуляції, формується у формі двох складових - дійсною (косинусоїдальна) і уявною (синусоїдальна).

Дві таблиці, реальна і уявна, є вхідними сигналами для наступного сигнального процесора - блоку Зворотного Швидкого Перетворення Фурье, ОБПФ. На виході цього блоку виробляються символи в тимчасовій області. Форма сигналу має вид випадкового процесу.

Уявну складову Im(t) називають перетворенням Гільберта реальною складовою Re(t). Це перетворення можна представити у вигляді фазового зрушення на 90° всіх спектральних компонентів. Якщо обидва сигнали в тимчасовій області підводяться до I/Q модулятору, виробляється OFDM-символ, причому буде пригнічена верхня або нижня бічна смуга OFDM-сигналу. Це давно відомий фазокомпенсаційний метод формування односмугового сигналу. Саме за рахунок того, що для тієї, що кожної піднесе є точне зрушення фази 90° між реальною Re(t) і уявною Im(t) частинами, при їх однакових амплітудах забезпечується повне придушення однієї бічної смуги OFDM-сигналу.

Чим більше несучих, тим більше випадковий вигляд має реалізацію символу. Навіть при 12 несучих з відносно випадковим розташуванням їх один щодо одного процес стає дуже схожим на стохастичний.

Таблиці, сформовані в частотній області, за допомогою ОБПФ перетворяться в таблиці в тимчасовій області re(t) і im(t), які зберігаються в пам’яті. Потім період за періодом формуються OFDM-символи, що мають постійну тривалість: Δt = 1/Δf. Між символами вставляють захисні інтервали. У межах захисного інтервалу перешкоди через відлуння можуть бути подавлені, що запобігає міжсимвольній інтерференції. Захисний інтервал повинен бути довшим, ніж найбільша затримка луни. В кінці захисного інтервалу всі перехідні процеси повинні бути пригнічені. Якщо цього не відбудеться, появляються додаткові шуми через міжсимвольні інтерференції, які залежать від інтенсивності луни.

Проте захисний інтервал не просто рівний нулю. Зазвичай кінець наступного символу включається в цей часовий інтервал (мал. 9.4). З погляду обробки сигналів ці інтервали можуть формуватися досить просто. Сигнали після ОБПФ спочатку записують в пам’ять, що складається з двох частин, і потім прочитують поперемінно. Тоді захисний інтервал просто створюється першим читанням змісту кінця відповідної комплексної пам’яті відповідно до довжини захисного інтервалу.

Проте не всі несучі переносять корисне навантаження. У всій сім’ї стандартів цифрової передачі даних, використовуючих OFDM (DAB, DVB-T, ISDB-T, HYPERLAN, ADSL), можна знайти наступні категорії тих, що несуть:

• корисні несучі;

• невживані несучі, встановлені в нуль;

• фіксовані пілоти;

• розсіяні пілоти без фіксації;

• несучі спеціальних даних для додаткової формації інформації.

Мал. 9.4.

У даному параграфі функції додаткових сигналів обговорюються детальніше. Корисні несучі вже розглядалися. Вони передають власне корисні дані плюс захист від помилок і використовують різні види векторної модуляції. Серед них QPSK, 16QAM або 64QAM комбінують по 2,4 або 6 біт відповідно для тієї, що кожної несе і потім накладають їх безпосередньо на ту, що кожну несе.

Крайні несучі в більшості випадків встановлюються в нуль і не переносять ніякої інформації. Вони називаються такими, що несуть з нульовою інформацією і виконують дві основні функції:

• запобігають кросстоки від сусідніх каналів, полегшуючи фільтрацію плечей OFDM-спектру;

• адаптують ємкість біт на символ до структури вхідних даних.

Спектр OFDM містить так звані «плечі», які є результатом підсумовування «хвостів» функцій sinx/x від кожної індивідуальної несучої. Ці плечі викликають перешкоди в сусідніх каналах. Необхідно покращувати так зване ослаблення плечей застосуванням відповідних методів фільтрації, фільтрація полегшується простим невикористанням крайніх несучих, оскільки в цьому випадку фільтри можуть мати менш круті схили.

Мал. 9.5

Часто вхідні дані об’єднуються в блоки. У символі кожною з тих, що несуть може передаватися певне число біт. Структура потоку даних може також містити певне число біт в кожному блоці. Число корисних несучих повинно відповідати певному числу біт в блоці. Окрім корисних несучих, необхідні пілотні несучі. Пілоти формують двох видів - з фіксованим положенням в спектрі і зі змінним положенням в спектрі.

Пілоти з фіксованим положенням в спектрі використовуються для автоматичного регулювання частоти в приймачі, тобто для синхронізації його з частотою передавача. Пілоти - це звичайно косинусоїдальні сигнали на дійсній осі з фіксованою амплітудою. Якщо частота приймача не пов’язана з частотою передавача, всі діаграми сузір’їв будуть обертатися. У приймачі фіксовані пілоти виділяються і використовуються для фазового автопідстроювання частоти місцевих генераторів.

Пілоти із змінним положенням в спектрі використовуються для перевірки каналу і його корекції в приймачі у разі когерентної модуляції. Можна сказати, що вони представляють свіп-сигнал для перевірки каналу. Крім того, є спеціальні несучі для передачі приймачу інформації про параметри модуляції QPSK, 16QAM або 64QAM, поточні параметри передачі і.т. Їх називають TPS-несучими (Transmission Parameter Signalling).

Дата добавления: 2015-09-06