5. Телекомунікаційні мережі з технологією ofdm. Визначення, схеми побудови, фізичні процеси. Основні характеристики.

В ортогональной схеме FDM (OFDM) используется несколько несущих сигналов с разными частотами, посредством каждого из которых отправляется некоторое количество битов. OFDM также называют модуляцией с многими несущими. Схема напоминает уплотнение FDM, однако в схеме OFDM все подканалы обслуживают единственный источник данных.

На рисунке 1 показана схема OFDM. Схема OFDM имеет несколько преимуществ.

Во-первых, селективному замиранию будут подвержены только некоторые подканалы, а не весь сигнал. Это можно объяснить тем, что в многолучевом радио канале в точке приема волн отдельные лучи складываются по-разному на разных частотах. Условия распространения радиоволн разные для разных частот. Если отдельные волны в точке приема в противофазе, то сумма волн будет равна 0 и будет полное замирание сигнала. В других случаях волны складываются и сумма не равна нулю.

Во-вторых, OFDM позволяет подавить межсимвольную интерференцию (ISI) в многолучевом радиоканале. ISI оказывает значительное влияние при высоких скоростях передачи данных, так как расстояние между битами (или символами) является малым. В схеме OFDM скорость передачи данных уменьшается в N раз, что позволяет увеличить время передачи символа в N раз.

Таким образом, если время передачи символа для исходного потока составляет Т_s то период сигнала OFDM будет равен NT_s. Это позволяет существенно снизить влияние межсимвольных помех. При проектировании системы число N выбирается таким образом, чтобы величина NT_S значительно превышала среднеквадратичный разброс задержек канала.

Чаще всего со схемой OFDM используется модуляция QPSK (quadrature phase-shift keying — квадратурная фазовая манипуляция). В рассматриваемом случае каждый передаваемый символ представляет два бита.

Вариант схемы OFDM/QPSK, используемой в системе MMDS, занимает полосу 6 МГц, имеет 512 отдельных несущих частот, причем расстояние между соседними несущими немного меньше 12 кГц. Для минимизации межсимвольных помех данные передаются в пакетах, причем каждый пакет включает циклический префикс, за которым следуют символы данных. Циклический префикс используется для сглаживания переходов между соседними пакетами, обусловленных многолучевыми эффектами. Для рассматриваемой системы префикс состоит из 64 символов, за которыми в каждом пакете следуют 512 символов QPSK. Таким образом, в каждом подканале символы QPSK разделены префиксом длительностью 64/512 от длительности пакета. В общем случае, к моменту окончания префикса сигнал, полученный путем комбинирования сигналов, пришедших по различным трактам, не зависит от выборок предыдущих пакетов. Значит, в таком сигнале межсимвольная интерференция отсутствует.

Схемы передатчика и приемника OFDM показаны на рисунке 2.

Ортогональное частотное разделение каналов (OFDM — Orthogonal Frequency Division Multiplexing) — методика мультиплексирования, которая подразделяет полосу канала на множество поднесущих частот, как показано на рис.2.

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 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. 2. Каждый подканал работает на своей несущей частоте. Если обозначить частоту первой несущей , то вторая несущая будет иметь частоту и т. д.; для -го канала эта частота будет равна .

Если для каждого из подпотоков применить квадратурную модуляцию, то получим квадратурных (ортогональных) функций типа . Если функции всех подканалов просуммировать, то получим функцию, аналогичную функции, которая называется рядом Фурье:

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 и позволяет более четко отделять подканалы друг от друга.

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

На приемном конце происходит переход из цифровой в аналоговую форму, производится прямое преобразование Фурье, квадратурные функции каждого канала демодулируются и собираются в одну последовательность.

Рисунок 1 Рисунок 2.