Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Alapok és alkalmazások

Tartalom

Bevezető OFDM elv OFDM adó

– Jel előállítás– Problémák

Vevő Többszörös hozzásférés

– FDMA, TDMA, CDMA Adaptív moduláció, csatorna kódolás Példa

– Elméleti, IEEE 802.16, 802.11a, Hiperlan2

Bevezető

Új átviteli technikák alkalmazása nem divat, hanem valós igények felmérésén alapszik

– Adat szolgáltatás, felhasználói sűrűség, bit sebesség, egyszerűbb architektúra, aszimetrikus adatforgalom, adaptivitás

Vegyünk egy frekvencia szelektív fadinges csatornát, ahol nagy bit sebességgel szeretnénk kommunikálni.

– Ts<Tchd– ISI alakul ki -> torzítás -> kiegyenlítő szükséges ->komplex vevő

Cél eredő bit sebesség megtartásával, ISI mentes egyszerű átviteli rendszert tervezni!!!

Az egy gyors csatorna helyett, sok alacsonyabb sebességű csatornákat alkalmazni

– S/P átalakítás – A bit sebesség az eredeti K részére csökken

Ha Ts’>Tchd, nincs ISI a többutas terjedés késleltetés szórásból adódó idő diszperzió

csökken

Felhasználható – Ahol nagy a csatorna késleltetés– Pl: szélessávú átvitel, v. épületen belüli rendszerek

Spektrum felosztása több ortogonális csatornára

• 4 alvivő

• A rendel-kezésre álló sávszélesség hatékony kihasználása miatt összetoljuk az alvivőket.

Megoldás:– Az alvivők ortogonálisak

egymásra– Ahol az egyik vivőnek

maximuma van, ott a többi vivő eltünik.

– Vivők közötti távolság f =1/Ts

OFDM spektrum kielégíti a Nyquist-kritériumot

– ISI nélküli átvitel

Megj: A Nyquis K-hoz szükséges jelforma nem idő-, hanem frekvencia tartományban van.

-> Nem ISI, hanem ICI mentesen kell kommunikáni.

Egy T-n belül a ciklus pontosan egyész számú többszöröse található.

A szomszédos alvivők között pontosan egy ciklus különbség van.

– Ez adja az ortogonalitást Hogyan állítunk elő ilyen

jeleket?

OFDM jelgenerálás

Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT)– Komplexitási okok miatt IFFT

N pontos IDFT: N2 komplex szorzás IFFT: (N/2)log2(N) – radix-2 algoritmus

Védő idő

Védő idő, ciklikus kiterjesztés– Többutas terjedés -> ISI -> két vivő nem ortogonális

Védő idő beiktatása, ami hosszabb, mint a várt késleltetés szórás

Nincs interferencia a következő szimbólummal

– Típusai Nincs adat (csupa nulla) Szimbólum késleltetett másolata, egy FFT intervallumon

belül egész számszorosa egy ciklusoknak

Ablakozás

A PSK moduláció miatt a szimbólumok végén fázisugrás

A sinc(x) függvények miatt a sávon kívüli spektrum lassan csökken

Emelt koszinuszos szűrő ablakot alkalmaznak az időtartományban.

Problémák

Peak to Average Power Ration (PAPR)– probléma a ADC/DAC,valamint az RF teljesítmény erősítőnél– Megoldás

Csatorna kódolással OFDM szimbólum csúcsértékei (peaks) körüli nemlineáris torzítása

– peak windowing, peak cancellation scrambling minden OFDM szimbólumot különböző scrambling kóddal és a

legjobbat kiválasztani Vivő szinkronizálás

– Ortogonalitás csökken, demodulálás romlik– Pilot jelek beillesztése– Csatorna becslés

OFDM vevő

FFT Csatorna paraméter becslés

– Pilot jelekből– Felhasználható: adaptív moduláció, - kódolás

Többszörös hozzáférés

OFDM/FDMA (OFDMA) OFDM/TDMA OFDM/CDMA (MC-CDMA)

Többszörös hozzáférés

Szükséges, elfogadott szabályok

– Tg=4 x rms késleltetés szórás

– Ts=5 x Tg– # alvivők= -3dB

sávszélesség / f =bit. seb/alvivő bit. seb

Adott– Bit seb: 20 Mb/s– Csatorna késleltetés: 200 ns– Max Sávszélesség: 15 MHz

Számított– Tg=800 ns– Ts=6*Tg=4.8us f =1/(4.8 – 0.8) = 250 kHz– 20 MHz * 4.8 us = 96 bit info / alvivő -> 16QAM + ½ kódolás

(2bit/szimbólum) -> 48 alvivő v.– QPSK + ¾ kódolás (1.5 bit) -> 64 alvivő ->64*250=16 MHz

OFDM alkalmazás

DAB, DVB-T IEEE 802.11a – WLAN PHY rétege HiperLAN/2 IEEE 802.16a – WirelessMAN (2-11GHz) xDSL

Hiperlan– Vivők sz. = 52 (48+4)– B = 20 MHz– Tg = 800 ns– Moduláció:BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM– Konvoluciós kódoló: ½, ¾ v. 9/16 punctured– Bit seb.:6,9,12,18,27,36,54 Mbps

WirelessMAN

1998 augusztus – 2002 Április Frekvencia sáv

– 10-66GHz SC– 2-11 GHz MC

MAC– Pont – több pont– Nagy sebesség (UL/DL)– Folytonos és börsztös folyam

10-66 GHz

LOS terjedés SC moduláció

– DL: TDM jelek– UL: TDMA

TDD és FDD

2-11 GHz

Még nincs kész a szabvány NLOS terjedés

– Többutas terjedés!!

WirelessMAN-OFDM 256 pontos trafo– TDMA csatorna hozzáférés

WirelessMAN-OFDMA 2048 pontos trafo

PHY réteg

Csatorna sávszélesség: 20 v. 25 v. 28 MHz FEC kódolás: Reed-Solomon GF(256) Moduláció: QPSK, 16QAM, 64QAM Keret hossz: 0.5, 1, 2 ms