س ک ل پ ی ت ل ما روشOFDM م ج ن پ س خ بSlide 1 Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
OFDMروش مالتی پلکس
بخش پنجم
Slide 1Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
2Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
OFDMجایگاه مدوالتور
3Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
(1مقدمه)
آنچه سبب توجه به شیوه های نوین مالتی پلکس گردید:
نرخ بیت بسیار باالی داده های مورد نظر برای انتقالبهبود استفاده از پهنای باند اثرات محدود کننده انتشار چند مسیره که توان ارسال
[Bهنگامی به حالت , کاهش میدهدISIنرخ بیت باال را بسبب باشد، که در چنین مواقعی max>>Sبحرانی میرسد که
اکوالیزیشن بسیار مشکل خواهد بود.
4Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
(2مقدمه)
به جای multi-carrierیک راه حل استفاده از شیوه چند کاریر است:single carrier تک کاریر
میباشد که ICI (Inter-channel Interference)اما اشکال این شیوه orthogonal Multi-Carrier با استفاده از کاریر های متعامد
Transmission (OFDM):این مشکل مرتفع می گردد
5Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
ارتوگونالیتی
قبال در حوزه زمان دیدیم توابع سینوس و کوسینوس ارتوگونال هستند، اگر در دایره مثلثاتی به این دو تابع نگاه کنیم، همواره
میچرخند. اگر به شکل آنها دو بردار عمود هستند که با سرعت (است دیگری از دامنه min)یا maxنیز نگاه کنیم هنگامیکه یکی
صفر برخوردار است.برای هر دو سیگنال نیز میتوان در حوزه فرکانس نیزتعامد را
قائل شویم:همانطور که میدانیم یک سیگنال سینوسی که در بازه زمانی
قرار دارد دارای طیف سینک شیفت یافته ایی (Tu,0)محدودیحول فرکانس سینوس میباشد و صفرهای این طیف بطور
تکرار میشوند حال اگر فرکانس دو Tu/1تناوبی، در فواصل پالس همزمان به فاصله از هم باشند این دو طیف متعامد
خواهند بود:
)()(2
*)(sin)(2cos)(
)()(2
*)(sin)(2cos)(
222
2222
111
1111
ffffA
T
fcfXtfA
T
ttx
ffffA
T
fcfXtfA
T
ttx
uu
uu
OFDMروش های مالتی پلکس دیجیتال-
Slide 6
Orthogonal Frequency Division Multiplexing که عبارت از DVB-Tبا توجه به دو ویژگی انتقال سیگنال به شیوه
)الف(حجم باالی داده و )ب( امکان وقوع فیدینگ گزینشی در دریافت پرتابل و موبایل، تنها شیوه ایی که قابلیت غلبه بر این
میباشد.OFDMمسایل را بطور ذاتی دارا بود ، شیوه ایی بنام را یک نگاشت اطالعات بصورت تغییرات فرکانس، مدوالسیوناگر
در واقع روشی مبتنی بر مالتی پلکسدامنه و یا فاز کاریر بدانیم، تسهیم پهنای باند بین چندین کانال دیتای مستقل از هم می باشد.
ترکیبی از هر دوی مدوالسیون و مالتی پلکس OFDMاما تکنیک میباشد، مالتی پلکس عموماe بر ایجاد رابطه بین سیگنالهای
مستقلی که توسط منابع مستقل تولید شده باشند اشاره دارند. تفاوتی که با مالتی پلکس دارد اینست که، سیگنالهای OFDMدر
مستقل از منابع مستقل تولید نشده و در واقع زیر مجموعه ائی از یک سیگنال اصلی و مادر می باشند.
بطور مفصل ارایه OFDMدر ادامه مراحل تولید سمبل های میگردد.
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
7
بر اساس اینکه از Rb( ابتدا دنباله بیت های ورودی با نرخ بیت 1 Parallel to(، طی فرآیند 16QAMچه مدوالسیونی استفاده شود)مثال
Serial به کدواژه هایی k بیتی دسته بندی شده و هر کدواژه درکانستلیشن مربوطه اش متناظر با یک کاریر با دامنه و فاز منحصر
بفرد خواهد بود.و 2k( در مرحله بعد این کدواژه ها به تعداد تعریف شده مدهای 2
و تعداد جایگاه مشخص Tu در یک بافر زمانی با طول زمانی 8kیا مد مربوطه، نگهداری میشوند.
7MHzمشخصات مربوط به کانال با پهنای باند
( بطور یکجا این اطالعات Tu(پس از پر شدن بافر فوق)زمان 3(Ii ,Qi) ها در جایگاههای فرکانسی معینی که ساب کانال هایOFDM
نامیده میشوند نگاشت میگردند، این عمل بطور نرم افزاری طی اجرا میگردد. IFFTآلگوریتمی بنام
OFDM(1)مراحل اجراء
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
8
Tuپس از این عملیات در حوزه زمان سیگنالی با زمان حضور
مینامیم.OFDMپدید می آید که آنرا سمبل پس از تولید OFDM( برای افزایش حفاظت زمانی سمبلهای 4
، باندازه ISIهر سمبل، با هدف تامین مصونیت زمانی در برابر گفته میشود و Guard Intervalمشخصی درنگ نموده که به آن
میباشد و با ∆ نمایش داده میشود. Tuمعموالe کسری از
OFDM(2)مراحل اجراء
Slide 9
را در نظر میگیریم ، در اینصورت در هر QAM-4مدوالسیون 1.TQAM 2که برابرTb میباشد، صرفنظر از اینکه سمبل چه باشد،یک
سیگنال داریم که با دو دامنه ولتاژی افقی و متمایز قابل تعریف است: (Quadrature)عمودی
Symbol=(Ii ,Qi)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مثال:
در مرحله بعد به جای تولید سریال 2. با فرکانس های QAMنمونه های
یکسان و در زمان های پشت سرهم، چهارنمونه پی در QوIابتدا اطالعات
پی را ذخیره و بطور یکجا چهار کاریر فرعی با چهار فرکانس مشخص و
دامنه و فاز متناظر با نمونه های ذخیره بهمراه دو کاریر پایلوت در QAMشده
ابتدا و انتهای کانال ارسال میکنیم. میباشد که IFFTاین عمل در واقع همان
نقطه میباشد.6 برابر IFFTاینجا نقاط خواهیم IFFTدر ادامه به تشریح فرآیند
پرداخت.با دو تکنیک در دو مرحله افزایش نتیجه:
راندمان پهنای باند محقق گردید.
00 225sin;225cos QI AA
00 135sin;135cos QI AA
00 315sin;315cos QI AA
00 225sin;225cos QI AA
Pilot#2
مثال)ادامه(:
Pilot#1
Pilot
(1,0)
1,0
(0,1)
0,1
(1,1)
1,1
(1,0)
1,0Pilot
11Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
یادآوری تبدیل فوریه سیگنالهای پیوسته
نگاشتی از زمان به حوزه فرکانس برای توابع)سیگنالهای پیوسته زمان )نا متناوب((تبدیل فوریه نامیده
میشود:Continuous Fourier Transform:
dfefHth
dtethfH
ift
ift
2
2
Analogue Fourier
Transform
بینهایت نمونه پیوسته زمان
بینهایت نمونه پیوسته فرکانس
12Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
(1تبدیل فوریه توابع مشهور )
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 50 100 150 200 2500
1
2
3
4
5
6
Gaussian
Gaussian
13Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
(2تبدیل فوریه توابع مشهور )
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1-0.5
0
0.5
1
1.5
-100 -50 0 50 1000
1
2
3
4
5
6
Sinc function
Square wave
14Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
تبدیل فوریه سیگنالهای DFTگسسته)دیجیتال(
نگاشتی از زمان به حوزه فرکانس برای توابع)سیگنالهای گسسته زمان )نا متناوب((تبدیل فوریه نامیده
میشود:Discrete Fourier Transform:
1
0
2
1
0
2
1 N
n
Niknnk
N
k
Niknkn
eHN
h
ehH
Discrete Fourier Transform
N نمونه گسسته
زمانی
N نمونه گسسته فرکانسی
Slide 15
Serial Data
Stream
BPF
M-QAMEncoder
Serialto
ParallelConverter
BPF
BPF
BPF
)()()( njbnand
)0(a
)1( Na
)1( Nb
)0(b
tocos
tosin
tN 1sin
tN 1cos
بلوک دیاگرام یک سیستم فرستنده OFDM
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
بطور معادل میتوان عملکرد مدوالتورOFDM را بصورت زیر، معادل با ایجاد یک طیف مصنوعی در یک محدوده
متناظر دانست:Tuزمانی
16Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
FFT(1)تبدیل فوریه سریع تبدیلFFT الگوریتمی است عددی که نمونه های
را بر اساس نمونه های محدود زمانی DFTفرکانسی سیگنال )در یک زمان محدود که پنجره زمانی میگویند( با سرعت باالیی محاسبه میکند. قادرست طیف سیگنال را
در یک فضای گسسته بر اساس دقت مدنظر ما تخمین بزند.
در OFDMدر واقع این فرآیند سبب پدیدآمدن یک سمبل ، از روی تعداد معین زوج Tuحوزه زمان و در زمان معین
میگردد.QAM خروجی مدوالتور (I,Q)های خوانده نیز میشوند در مد IFFTاین تعداد معین که نقاط
2k8 وk:بترتیب زیر میباشند
17Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
FFT(2)تبدیل فوریه سریع
یک سیگنال سینوسی نمونه برداری شده با FFTنتایج با تعداد نقاط MATLAB به کمک 30s تا 0زمان حضور ارایه شده است.”N=64 & 128”نمونه برداری
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
18
OFDM(1)مالحظات طراحی
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
19
OFDM(2)مالحظات طراحی
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
20
OFDM(3)مالحظات طراحی
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
21
OFDM(4)مالحظات طراحی
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
22
OFDM(5)مالحظات طراحی
Slide 23
Output Data
BPF
M-QAMDemodulator
Parallelto
SerialConverter
BPF
BPF
BPF
)0(a
)1( Na
)1( Nb
)0(b
tocos
tosin
tN 1sin
tN 1cos
بلوک دیاگرام یک سیستم گیرنده OFDM
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
Slide 24
Trans-mitter
Trans-missionMulti-plexer
MSCMulti-plexer
OFDM
PacketMux
ChannelCoder
AudioEncoder
ChannelCoder
Service Information FIC
MultiplexInformation
DataServices
AudioServices
Radio Frequency
FIC: Fast Information ChannelMSC: Main Service ChannelOFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
DABسیستم فرستنده رادیوی دیجیتال
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
25Autor:Seyed Mohammad Reza
Razavizadeh
استانداردهای و کاربردهای COFDM