19) Вопрос.

Способ частотного уплотнения с ортогональными несущими (ofdm).

При использовании модуляции типа OFDM поток данных передается с помощью большого числа несущих. В этом случае высокоскоростной последовательный цифровой поток разделяется на большое число низкоскоростных потоков, передаваемых на отдельных несущих. Благодаря большому числу несущих длительность символа в каждом из параллельных потоков оказывается в тысячи раз больше, чем в исходном последовательном потоке. Такая большая длина символа обеспечивает хорошую защиту от межсимвольных искажений, обусловленных интерференцией, так как отражение сигнала чаще поражает не весь, а лишь часть символа. Способ OFDM использует ортогональные несущие, но в отличие от квадратурной модуляции частоты несущих не являются одинаковыми, они расположены в некотором диапазоне частот, отведенном для передачи данных путем модуляции и кратны некоторой основной частоте, в данном случае f0. На практике частоты несущих соответствуют уравнению:

где f0 – начало интервала, в котором производится частотное уплотнение; n – номер несущей, находящийся в диапазоне от 0 до (N – 1), т.е. всего несущих N; Ts – длительность интервала передачи одного символа.

Частотный разнос между несущими зависит от способа выделения в демодуляторе отдельных несущих. Для OFDM выбран более эффективный метод на основе ортогональных преобразований.

Две модулированные несущие называются ортогональными, если интеграл от их произведения на периоде длительности символа равен нулю. Для выполнения условий ортогональности необходимо, чтобы частотный разнос между несущими был постоянен и равен 1/Ts. Тогда на центральной частоте спектра каждой модулированной несущей спектральные компоненты спектров всех остальных несущих проходят через 0 и не мешают демодуляции на приеме. Взаимные помехи от соседних несущих будут равны нулю.

Ортогональность несущих означает возможность их разделения на приеме даже при частичном перекрытии их боковых полос.

Схема, иллюстрирующая принцип модуляции типа OFDM:

Сначала последовательный поток передаваемых данных демультиплексируется, т.е. разделяется на большое число (N) параллельных потоков, трансформируясь в параллельную форму. Каждый из параллельных сигналов поступает на свой модулятор, в котором одна из ортогональных несущих подвергается модуляции какого-либо типа (например QPSK). каждая несущая переносит поток данных, уменьшенный в число раз, равное количеству несущих N. После сложения модулированных ортогональных колебаний формируется результирующий сигнал OFDM. В условиях сравнительно небольшой скорости потока данных, переносимого каждой несущей, возможны межсимвольные искажения, бороться с которыми позволяет защитный интервал перед каждым передаваемым символом.

Структура и параметры ofdm-сигнала.

Н а рис. а показаны отрезки времени, в течение которых на модулятор одной из несущих поступают символы передаваемого подпотока данных S1, S2, S3 и т.д. (в зависимости от используемого метода модуляции несущих количество бит в символе может быть различным). Перед началом передачи символа S2 формируется защитный интервал рис. б, в течение которого на входе демодулятора в приемнике еще могут присутствовать отраженные сигналы, содержащие предыдущий символ S1 (рис. в). Затем в течение интервала времени Тр2 передается символ S2. Аналогично формируется защитный интервал 2 перед символом S3 и т.д.

В процессе модуляции общую длительность символа OFDM Ts увеличивают и часть ее в начале символа отводят под защитный интервал TG (рис. 3.10). Поэтому полезная длительность символа определяется соотношением TU = TS – TG. Причем структура и заполнение защитного интервала должны сохранить ортогональность принимаемых несущих. Поэтому защитный интервал – это не просто пауза между полезными символами, достаточная для угасания сигнала символа до начала следующего. В защитном интервале передается фрагмент полезного сигнала, что и гарантирует сохранение ортогональности несущих принятого сигнала. Это обеспечивается только в том случае, если эхо-сигнал при многолучевом распространении задержан не более чем на длительность защитного интервала.

Чем больше время задержки, тем больше должна быть длительность защитного интервала. С другой стороны, для обеспечения максимальной скорости передаваемого потока данных защитный интервал должен быть как можно короче.