Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alapok s alkalmazsok Tartalom

Orthogonal Frequency Division Multiplexing Alapok és alkalmazások

Tartalom l l l Bevezető OFDM elv OFDM adó – – l l Vevő Többszörös hozzásférés – l l Jel előállítás Problémák FDMA, TDMA, CDMA Adaptív moduláció, csatorna kódolás Példa – Elméleti, IEEE 802. 16, 802. 11 a, Hiperlan 2

Bevezető l Új átviteli technikák alkalmazása nem divat, hanem valós igények felmérésén alapszik – l Vegyünk egy frekvencia szelektív fadinges csatornát, ahol nagy bit sebességgel szeretnénk kommunikálni. – – l Adat szolgáltatás, felhasználói sűrűség, bit sebesség, egyszerűbb architektúra, aszimetrikus adatforgalom, adaptivitás Ts<Tchd ISI alakul ki -> torzítás -> kiegyenlítő szükséges ->komplex vevő Cél eredő bit sebesség megtartásával, ISI mentes egyszerű átviteli rendszert tervezni!!!

l Az egy gyors csatorna helyett, sok alacsonyabb sebességű csatornákat alkalmazni – – S/P átalakítás A bit sebesség az eredeti K részére csökken l l l 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 rendelkezésre álló sávszélesség hatékony kihasználása miatt összetoljuk az alvivőket.

l Megoldás: – – – l 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 l l Megj: A Nyquis K-hoz szükséges jelforma nem idő-, hanem frekvencia tartományban van. -> Nem ISI, hanem ICI mentesen kell kommunikáni.

l l Egy T-n belül a ciklus pontosan egyész számú többszöröse található. A szomszédos alvivők között pontosan egy ciklus különbség van. – l Ez adja az ortogonalitást Hogyan állítunk elő ilyen jeleket?

OFDM jelgenerálás l Inverse Discrete Fourier Transform (IDFT) – Komplexitási okok miatt IFFT l l N pontos IDFT: N 2 komplex szorzás IFFT: (N/2)log 2(N) – radix-2 algoritmus

Védő idő l Védő idő, ciklikus kiterjesztés – Többutas terjedés -> ISI -> két vivő nem ortogonális l l – Védő idő beiktatása, ami hosszabb, mint a várt késleltetés szórás Nincs interferencia a következő szimbólummal Típusai l l Nincs adat (csupa nulla) Szimbólum késleltetett másolata, egy FFT intervallumon belül egész számszorosa egy ciklusoknak

Ablakozás l l l 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 l Peak to Average Power Ration (PAPR) – – probléma a ADC/DAC, valamint az RF teljesítmény erősítőnél Megoldás l l Csatorna kódolással OFDM szimbólum csúcsértékei (peaks) körüli nemlineáris torzítása – peak windowing, peak cancellation l l scrambling minden OFDM szimbólumot különböző scrambling kóddal és a legjobbat kiválasztani Vivő szinkronizálás – – – Ortogonalitás csökken, demodulálás romlik Pilot jelek beillesztése Csatorna becslés

OFDM vevő l l FFT Csatorna paraméter becslés – – Pilot jelekből Felhasználható: adaptív moduláció, - kódolás

Többszörös hozzáférés l l l OFDM/FDMA (OFDMA) OFDM/TDMA OFDM/CDMA (MC-CDMA)

Többszörös hozzáférés

l Szükséges, elfogadott szabályok – – – Tg=4 x rms késleltetés szórás Ts=5 x Tg # alvivők= -3 d. B sávszélesség / f =bit. seb/alvivő bit. seb

l Adott – – – l Bit seb: 20 Mb/s Csatorna késleltetés: 200 ns Max Sávszélesség: 15 MHz Számított – – – Tg=800 ns Ts=6*Tg=4. 8 us f =1/(4. 8 – 0. 8) = 250 k. Hz 20 MHz * 4. 8 us = 96 bit info / alvivő -> 16 QAM + ½ kódolás (2 bit/szimbólum) -> 48 alvivő v. QPSK + ¾ kódolás (1. 5 bit) -> 64 alvivő ->64*250=16 MHz

OFDM alkalmazás l l l DAB, DVB-T IEEE 802. 11 a – WLAN PHY rétege Hiper. LAN/2 IEEE 802. 16 a – Wireless. MAN (2 -11 GHz) x. DSL

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

Wireless. MAN l l 1998 augusztus – 2002 Április Frekvencia sáv – – l 10 -66 GHz SC 2 -11 GHz MC MAC – – – Pont – több pont Nagy sebesség (UL/DL) Folytonos és börsztös folyam

10 -66 GHz l l LOS terjedés SC moduláció – – DL: TDM jelek UL: TDMA l TDD és FDD

2 -11 GHz l l Még nincs kész a szabvány NLOS terjedés – l Wireless. MAN-OFDM 256 pontos trafo – l Többutas terjedés!! TDMA csatorna hozzáférés Wireless. MAN-OFDMA 2048 pontos trafo

PHY réteg l l Csatorna sávszélesség: 20 v. 25 v. 28 MHz FEC kódolás: Reed-Solomon GF(256) Moduláció: QPSK, 16 QAM, 64 QAM Keret hossz: 0. 5, 1, 2 ms