Ортогональное частотное разнесение

Ортогональное частотное разнесение (ОЧР) или англоязычный вариант (OFDM, O rthogonal F requency D ivision M ultiplexing), объединенный сигнал на ортогональных частотах используют при передаче по радиоканалам высокоскоростных потоков данных (десятки и сотни Мбит/c) [15]. Одной из ключевых проблем при такой передаче является устранение межсимвольной интерференции, вызванной многолучевым распространением сигнала.

Приведем характерный пример. Пусть по радиоканалу идет передача с символьной скоростью В =40 Мсимв/с. При передаче на одной несущей частоте длительность символа с.

Представим себе ситуацию передачи такого сигнала в большом помещении: вокзал, аэропорт, торговый центр (рис. 4.29). Как следует из рис. 4.29, прямой и отраженный лучи приходят на приемник с запаздыванием, что вызывает межсимвольную интерференцию. Если в разных копиях одного сигнала разница задержек становится сравнимой с длительностью одного символа, начинается быстрый рост числа ошибок вплоть до полного разрушения сигнала.

Рис. 4.29. Многолучевой прием

Для того чтобы на рис. 4.29 прямой и отраженный лучи приходили с запаздыванием в 1 символ, разность их хода должна составлять всего 7, 5 м. Такое запаздывание можно наблюдать даже в достаточно большой комнате. Чтобы снять проблему межсимвольной интерференции, следует увеличить длину символа в 10, а еще лучше в 100 раз.

Тогда межсимвольная интерференция будет заметна при разности длин трасс в 750 м. Отсюда следует идея, положенная в основу ОЧР: расщепить высокоскоростной поток данных на множество отдельных потоков (десятки, сотни и даже тысячи в стандарте WiMAX), передавать каждый из субпотоков на своей частоте (поднесущей), увеличив длину символа до единиц миллисекунд.

Обобщенный ОЧР символ является суммой символов, передаваемых на N _S поднесущих (рис. 4.30). На всех поднесущих можно использовать различные виды модуляции: 2-ФМ, 4-ФМ, 8-ФМ, 16-КАМ или 64-КАМ.

Символы друг от друга специально разделены паузами длительностью Т_р, чтобы в случае многолучевого сигнала соседние символы не «наползали» друг на друга.

Суммарный OFDM (рис. 4.31) сигнал [15] при :

(4.29)

где – комплексная амплитуда одного переданного сигнала,

t_s – время начала каждого отдельного символа,

T_s – длительность символа.

Рис. 4.30. Временная диаграмма OFDM-сигнала

Энергетический спектр реального OFDM сигнала при N _S=128 и использовании 4-ФМ на каждой из поднесущих приведен на рис. 4.32.

Рис. 4.31. Спектр ОЧР сигнала

Чтобы при приеме можно было различать сигналы, передаваемые на соседних поднесущих, все сигналы должны быть взаимно ортогональны. Это условие выполнимо, если расстояние между соседними поднесущими .

 

Рис. 4.32. Спектр ОЧР сигнала с 4-ФМ и N =128

Пока ОЧР стали использовать в новейших стандартах беспроводного доступа Wi-Fi и WiMAX [16]. В подстандартах Wi-Fi IEEE 802.11a, g в сигнале ОЧР 48 поднесущих. Длительность символа T_s =3, 2 мкс, длительность паузы T_p =0, 8 мкс. Расстояние между соседними частотами МГц.

При использовании модуляции 2-ФM скорость передачи в радиоканале

Мбит/с.

При переходе к многопозиционным методам модуляции

Мбит/с, Мбит/с.

При передаче (формировании) OFDM сигнала используют обратное дискретное преобразование Фурье (обратное БПФ); при приеме – прямое дискретное преобразование Фурье (БПФ). Сигнал OFDM формируют на пониженной частоте с последующим переносом спектра на частоту радиоканала.

Сформированный OFDM сигнал обладает распределением, близким к гауссовскому [15, 17], и поэтому имеет большое значение пик-фактора. По разным данным пик-фактор (отношение пиковой мощности к ее среднему значению) достигает 7–9, 5 дБ, следовательно, требуется высокая линейность трактов приемника и, особенно, передатчика. Кроме этого, необходимо применить ЦАП и АЦП с высоким разрешением в передатчиках и в приемниках. Невыполнение этих требований сопровождается появлением интермодуляционных искажений и межсимвольной интерференции.

 

Литература

1. Кузнецов, М.А. Современные технологии и стандарты подвижной связи/ М.А. Кузнецов, А.Е. Рыжков. – СПб: Линк, 2006.

2. Волков, А.И. Физические основы мобильной связи / А.И. Волков, Е.А. Попов, А.Е. Рыжков, М.А. Сиверс. – СПб: Линк, 2003.

3. Радиопередающие устройства/ В.В. Шахгильдян и др.; под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2000.

4. Устройства генерирования и формирования радиосигналов /Г.М. Уткин и др.; под ред. Г.М. Уткина. – М.: Радио и связь, 1994.

5. Вамберский, М.В. Передающие устройства СВЧ / М.В. Вамберский, В.И. Казанцев, С.А. Шелухин. – М.: Высшая школа, 1984.

6. Проектирование и техническая эксплуатация радиопередающих устройств / М.А. Сиверс и др.; под ред. М.А. Сиверса. – М.: Радио и связь, 1989.

7. Петров, Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых прибо-рах / Б.Е. Петров, В.А. Романюк. – М.: Высшая школа, 1989.

8. Samori, C. Integrated LC Oscillators for Frequency Synthesis in Wireless Applications / C. Samori, S. Levantino, A.L. Lacaita // IEEE Communications Magazine. – 2002. – V.53. – № 1. – P. 166 – 171.

9. Стариков, О. Прямой цифровой синтез частоты и его применение / О. Ста-риков // Cihip News. – 2002. – № 3 (66). – Р. 56 – 64.

10. Волков, А.И. Физические основы мобильной связи. Ч. 2. / А.И. Волков, Е.А. Попов, А.Е. Рыжков, М.А. Сиверс. – СПб: Линк, 2007.

11. Макаров, С.Б. Передача дискретных сообщений по радиоканалам с ограниченной полосой пропускания / С.Б. Макаров, И.А. Цикин. – М.: Радио и связь, 1988.

12. Сиберт, У.М. Цепи, сигналы, системы /У.М. Сиберт: пер. с англ. – М.: Мир, 1988.

13. Feher, K. Digital Communications: Satellite / K.Feher; Earth Station Engineering. Prentice-Hall. – NJ: Englewood Cliffs, 1983.

14. Прокис, Дж. Цифровая связь / Дж. Прокис; пер. с англ. под ред. Д.Д. Кловского. – М.: Радио и связь, 2000.

15. Van Nee, R. OFDM Wireless Multimedia Communications / R. Van Nee, R. Prasad. – Boston: Artech House, 2000.

16. Сюваткин, B.C. WIMAX – технология беспроводной связи: основы теории, стандарты, применение / B.C. Сюваткин, В.И. Есипенко и др.; под ред. В.В. Крылова. – СПб: БХВ-Петербург, 2005.

17. Волков, Л.Н. Системы цифровой связи / Л.Н. Волков, М.С. Немировский, Ю.С. Шинаков. – М.: Эко-Трендз, 2005.

 

 

Содержание

Введение. 3

1. Усилители мощности радиочастоты.. 7

1.1. Основные сведения и параметры.. 7

1.2. Режимы транзисторов с отсечкой выходного тока и гармонический анализ импульсов тока 14

1.3. Напряженность режима работы УМ... 20

1.4. Усилители мощности на полевых транзисторах
ОВЧ-УВЧ диапазонов. 23

1.5. Усилители мощности на биполярных транзисторах ОВЧ-УВЧ диапазонов. Схема с общим эмиттером.
Расчет в режиме без отсечки тока (режим А) 30

1.6. Усилители мощности на биполярных транзисторах ОВЧ-УВЧ диапазонов. Схема с общим эмиттером. Расчет режима с отсечкой тока. 36

1.7. Особенности работы усилителей по схеме с общей базой. 39

1.8. Согласующе-фильтрующие системы
и коэффициент фильтрации гармоник. 40

1.9. Построение индуктивностей на отрезках полосковых линий. 44

1.10. Сложение мощностей генераторов. 47

1.10.1. Синфазные мосты сложения мощности. 47

1.10.2. Перекрытый мост сложения мощности. 49

1.10.3. Квадратурный мост на связанных линиях. 51

2. Автогенераторы и стабилизация частоты.. 52

2.1. Общие замечания. 52

2.2. Автогенераторы. Основные схемы и соотношения
стационарного состояния. 53

2.3. Основное уравнение нестабильности частоты и методы стабилизации 59

2.4. Кварцевая стабилизация частоты.. 62

2.5. Синтезаторы с ИФАПЧ. Основное уравнение синтезатора. Процессы в кольце ИФАПЧ в отсутствие ФНЧ 67

2.6. Работа синтезаторов с ИФАПЧ с ФНЧ.. 75

2.7. Синтезаторы с зарядовой (токовой) накачкой. 80

2.8. Схемы ГУН.. 84

2.9. Схемы ДПКД.. 88

2.10. Прямой цифровой метод синтеза (синтез частот
с накоплением фазы) 89

3. Формирование аналоговых сигналов. 93

3.1. Методы линейной модуляции. 93

3.2. Формирование ДБП. Балансный смеситель. 95

3.3. Нелинейные искажения в тракте усиления сигналов с меняющейся амплитудой 97

3.4. Частотная модуляция. Спектр сигнала. 101

3.5. Формирование ЧМ сигналов в ЧМАГ.. 104

3.6. Цифровой метод формирования ЧМ сигнала. 108

4. Модуляция в цифровых системах подвижной связи. 109

4.1. Фундаментальные положения. 109

4.2. Эффективность цифровых систем передачи. 115

4.3. Фазовая модуляция. 118

4.3.1. Двухпозиционная фазовая манипуляция. 119

4.3.2. Многопозиционная фазовая модуляция. 121

4.4. Квадратурная амплитудная модуляция (манипуляция) 126

4.5. ЧММС. Частотная модуляция с минимальным сдвигом фазы.. 128

4.6. Гауссовские фильтрация и ЧММС.. 129

4.7. Ортогональное частотное разнесение. 129

Литература. 129