Помощь студентам в учебе
Сравнительный анализ методов OFDM и N-OFDM
|
РЕФЕРАТ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Анализ технического задания 9
2 Ортогональное частотное разделение с мультиплексированием 10
2.1 Структура модема OFDM 14
2.2 Модуляция сигналов в методе OFDM 19
2.3 Кодирование символов В OFDM-модуляции 21
2.4 Особенности сигналов с OFDM-модуляцией 24
3 Неортогональное частотное разделение с мультиплексированием 27
3.1 Принцип размещения поднесущих 27
3.2 Демодуляция N-OFDM сигналов 29
3.3 Математическая модель N-OFDM 31
3.4 Особенности сигналов с N-OFDM модуляцией 32
4 Сравнительный анализ методов OFDM и N-OFDM 34
4.1 Результаты моделирования 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 42
ВВЕДЕНИЕ 5
1 Анализ технического задания 9
2 Ортогональное частотное разделение с мультиплексированием 10
2.1 Структура модема OFDM 14
2.2 Модуляция сигналов в методе OFDM 19
2.3 Кодирование символов В OFDM-модуляции 21
2.4 Особенности сигналов с OFDM-модуляцией 24
3 Неортогональное частотное разделение с мультиплексированием 27
3.1 Принцип размещения поднесущих 27
3.2 Демодуляция N-OFDM сигналов 29
3.3 Математическая модель N-OFDM 31
3.4 Особенности сигналов с N-OFDM модуляцией 32
4 Сравнительный анализ методов OFDM и N-OFDM 34
4.1 Результаты моделирования 36
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 42
В настоящее время беспроводные технологи оказывают огромное влияние на повседневную жизнь большого числа людей. Постоянный рост числа пользователей Интернета, рост числа услуг мобильной связи, которые предлагают операторы сотовой связи является доказательством того факта, что беспроводные технологии широко используются в нашей жизни. Появляется необходимость предоставить беспроводной доступ к сетям связи в районы, где отсутствует дорогая инфраструктура, например в сельской местности. Очень важно обеспечить такие районы беспроводным доступом еще и потому, что отсутствует возможность использования кабельных сетей.
Новые поколения беспроводных систем, предоставляющих
мультимедийные услуги, такие как передача речи, данных, аудиоинформации и видеоинформации, сходятся к одной интегрированной платформе и позволяют обеспечить предоставление услуг с помощью небольших портативных устройств.
Однако при разработке беспроводных систем связи, которые обеспечивали бы поддержку появляющихся мультимедийных приложений, сталкиваются с рядом серьезных технологических проблем, для решения которых требуется исследовательская работа. Такие технологические проблемы вызваны сложной природой беспроводного канала связи. Волна, проходя через беспроводной канал связи подвергается такому явлению как многолучевое распространение. То есть волна может приходить на приемную антенну не только по прямому пути, но и по другому пути, отражаясь от объектов городской инфраструктуры и рельефа местности. Одним из следствий такого многолучевого распространения является более быстрые, чем в свободном пространстве, убывание интенсивности принимаемого сигнала с расстоянием. Второе следствие заключается в том, что на приемник поступает отраженный, задержанный по времени сигнал, и как результат приводит к искажению его формы. Явление многолучевости может вызвать изменение амплитуды и фазы сигнала и как следствие приводит к эффекту замирания. В целом все это влияет на качество принимаемого сигнала. Кроме того, случайное изменение характеристик канала во времени может быть следствием изменения условий распространения волн или относительного движения приемной антенны. Еще одна проблема связана с ограниченным объемом доступного спектра частот, который является важным и дорогим ресурсом в системах связи. Поэтому выделенные диапазоны частот необходимо использовать как можно эффективнее.
Еще одним источником искажений при беспроводной передаче сигналов является относительно высокий уровень интерференции, возникающей из-за интенсивного использования каналов. Хотя существуют и широко используются современные методы обработки сигналов, основанные на многопользовательском детектировании и позволяющие существенно ослабить влияние интерференции, остается фактом, что мобильная беспроводная связь никогда не приблизится по степени стабильности, безопасности и надежности к проводной связи, обеспечиваемой кабельными системами. Тем не менее, абоненты готовы во многих случаях соглашаться на меньшую пропускную способность и худшее качество связи, чтобы избавиться от проводов.
Появившиеся в последнее время большое число различных стандартов и приложений является доказательством заинтересованности производителей оборудованияв улучшении качества связи. Повышаются требования к беспроводным системам, такие как высокая стойкость к интерференции и искажениям в канале, а также большая гибкость в управлении ресурсами. Для обеспечения этих свойств важно правильно подходить к выбору радиоинтерфейса. Все это необходимо для обеспечения абонентов широким набором приложений с различными возможностями по допустимой задержке, качеству связи и пропускной способности.
В данной работе рассматриваются методы модуляции OFDMH N-OFDM, а также производится анализ данных методов. Описывается модель, реализуемая в среде MATLAB и показаны результаты моделирования.
На сегодняшний день при передаче информации по каналам связи задача уплотнения сигналов в многочастотных система является актуальной. Широко известная технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM) успешно используется при проектировании используемых сегодня беспроводных и проводных систем связи, например WiMAX, PLC, ADSL, LTE систем сотовой связи стандарта GSM/UMTS. В первую очередь, такая распространенность и необходимость в OFDM объясняется, хорошо известными достоинствами этой схемы мультиплексирования.
К достоинствам можно отнести эффективное использование частотного спектра, устойчивость к импульсным помехам и замираниям в канале связи. Однако, по причинам имеющихся недостатков, таких как требования к высокой синхронизации частоты и времени, чувствительность к внезапным излучениям, OFDM не может использоваться в системах сотовой связи следующего поколения 5G. Помимо всего этого, в высокоскоростных системах связи эффективность использования частотного спектра уменьшается из-за того, что распределение частот поднесущих с более короткими интервалами, чем интервалы ортогональности, невозможно.
Для того, чтобы избежать перечисленные минусы технологии может быть использована схема мультиплексирования с неортогональным частотным разделением (non-orthogonal frequency-division multiplexing, N-OFDM), которая в настоящее время считается одним из самых перспективных подходов для систем беспроводной передачи информации с высокой скоростью. Достоинства данной схемы - более эффективное использование частотного спектра по сравнению с OFDM. Так же данная схема мультиплексирования позволяет бороться с доплеровским эффектом. К недостаткам можно отнести влияние межсимвольной интерференции из-за близко расположенных поднесущих.
Данные схемы мультиплексирования нуждаются в сравнении так, как у каждой схемы есть свои достоинства и недостатки.НедостаткиОРВМ системы могут быть нивелированыдостоинствамисистемы с N-OFDM. В свою очередь N- ОБВМ система имеет свои недостатки, связанные с помехоустойчивостью. Необходимо выяснить, какая схема позволит использовать частотный ресурс более эффективно при всех своих недостатках.
Новые поколения беспроводных систем, предоставляющих
мультимедийные услуги, такие как передача речи, данных, аудиоинформации и видеоинформации, сходятся к одной интегрированной платформе и позволяют обеспечить предоставление услуг с помощью небольших портативных устройств.
Однако при разработке беспроводных систем связи, которые обеспечивали бы поддержку появляющихся мультимедийных приложений, сталкиваются с рядом серьезных технологических проблем, для решения которых требуется исследовательская работа. Такие технологические проблемы вызваны сложной природой беспроводного канала связи. Волна, проходя через беспроводной канал связи подвергается такому явлению как многолучевое распространение. То есть волна может приходить на приемную антенну не только по прямому пути, но и по другому пути, отражаясь от объектов городской инфраструктуры и рельефа местности. Одним из следствий такого многолучевого распространения является более быстрые, чем в свободном пространстве, убывание интенсивности принимаемого сигнала с расстоянием. Второе следствие заключается в том, что на приемник поступает отраженный, задержанный по времени сигнал, и как результат приводит к искажению его формы. Явление многолучевости может вызвать изменение амплитуды и фазы сигнала и как следствие приводит к эффекту замирания. В целом все это влияет на качество принимаемого сигнала. Кроме того, случайное изменение характеристик канала во времени может быть следствием изменения условий распространения волн или относительного движения приемной антенны. Еще одна проблема связана с ограниченным объемом доступного спектра частот, который является важным и дорогим ресурсом в системах связи. Поэтому выделенные диапазоны частот необходимо использовать как можно эффективнее.
Еще одним источником искажений при беспроводной передаче сигналов является относительно высокий уровень интерференции, возникающей из-за интенсивного использования каналов. Хотя существуют и широко используются современные методы обработки сигналов, основанные на многопользовательском детектировании и позволяющие существенно ослабить влияние интерференции, остается фактом, что мобильная беспроводная связь никогда не приблизится по степени стабильности, безопасности и надежности к проводной связи, обеспечиваемой кабельными системами. Тем не менее, абоненты готовы во многих случаях соглашаться на меньшую пропускную способность и худшее качество связи, чтобы избавиться от проводов.
Появившиеся в последнее время большое число различных стандартов и приложений является доказательством заинтересованности производителей оборудованияв улучшении качества связи. Повышаются требования к беспроводным системам, такие как высокая стойкость к интерференции и искажениям в канале, а также большая гибкость в управлении ресурсами. Для обеспечения этих свойств важно правильно подходить к выбору радиоинтерфейса. Все это необходимо для обеспечения абонентов широким набором приложений с различными возможностями по допустимой задержке, качеству связи и пропускной способности.
В данной работе рассматриваются методы модуляции OFDMH N-OFDM, а также производится анализ данных методов. Описывается модель, реализуемая в среде MATLAB и показаны результаты моделирования.
На сегодняшний день при передаче информации по каналам связи задача уплотнения сигналов в многочастотных система является актуальной. Широко известная технология мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (Orthogonal frequency-division multiplexing, OFDM) успешно используется при проектировании используемых сегодня беспроводных и проводных систем связи, например WiMAX, PLC, ADSL, LTE систем сотовой связи стандарта GSM/UMTS. В первую очередь, такая распространенность и необходимость в OFDM объясняется, хорошо известными достоинствами этой схемы мультиплексирования.
К достоинствам можно отнести эффективное использование частотного спектра, устойчивость к импульсным помехам и замираниям в канале связи. Однако, по причинам имеющихся недостатков, таких как требования к высокой синхронизации частоты и времени, чувствительность к внезапным излучениям, OFDM не может использоваться в системах сотовой связи следующего поколения 5G. Помимо всего этого, в высокоскоростных системах связи эффективность использования частотного спектра уменьшается из-за того, что распределение частот поднесущих с более короткими интервалами, чем интервалы ортогональности, невозможно.
Для того, чтобы избежать перечисленные минусы технологии может быть использована схема мультиплексирования с неортогональным частотным разделением (non-orthogonal frequency-division multiplexing, N-OFDM), которая в настоящее время считается одним из самых перспективных подходов для систем беспроводной передачи информации с высокой скоростью. Достоинства данной схемы - более эффективное использование частотного спектра по сравнению с OFDM. Так же данная схема мультиплексирования позволяет бороться с доплеровским эффектом. К недостаткам можно отнести влияние межсимвольной интерференции из-за близко расположенных поднесущих.
Данные схемы мультиплексирования нуждаются в сравнении так, как у каждой схемы есть свои достоинства и недостатки.НедостаткиОРВМ системы могут быть нивелированыдостоинствамисистемы с N-OFDM. В свою очередь N- ОБВМ система имеет свои недостатки, связанные с помехоустойчивостью. Необходимо выяснить, какая схема позволит использовать частотный ресурс более эффективно при всех своих недостатках.
В данной работе объектом исследования являлись многочастотные ортогональные и неортогональные технологии с частотным
мультиплексированием. Была выяснена разница между этими сигналами, сравнены их преимущества и недостатки. Сигналы с OFDM обладают высокой помехоустойчивостью приёма в условиях межсимвольной интерференции, как следствие - лояльность к многолучевому распространению. Они имеют простую аппаратную реализацию, в отличие от сигналов с N-OFDM. OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал.
Однако есть некоторые препятствия в использовании OFDM в системе передачи. Основным недостатком является то, что сигналы с OFDM имеют недостаточную спектральную эффективность и высокие удельные затраты полосы частот.
Несмотря на возросшую сложность демодуляции N-OFDM сигналов по сравнению с OFDM, переход к неортогональной расстановке частот поднесущих обеспечивает ряд преимуществ. Во-первых, применение N-OFDM-сигналов позволяет эффективно бороться с узкополосными помехами за счет адаптивной перестройки частот поднесущих. Во-вторых, при незначительном проигрыше в помехоустойчивости система N-OFDM демонстрирует значительное преимущество в спектральной эффективности. Спектр сигнала в системе N- OFDM занимает меньшую полосу частот по сравнению с OFDM, что является серьезным преимуществом. При а=0,8 система N-OFDMвовсе не уступает в помехоустойчивости системе с OFDM-модуляцией, а также демонстрирует показатель спектральной эффективности на 20 % выше.
Поскольку помехоустойчивость обеих систем остается сопоставимой, разработанная система N-OFDM может стать перспективной заменой OFDM.
мультиплексированием. Была выяснена разница между этими сигналами, сравнены их преимущества и недостатки. Сигналы с OFDM обладают высокой помехоустойчивостью приёма в условиях межсимвольной интерференции, как следствие - лояльность к многолучевому распространению. Они имеют простую аппаратную реализацию, в отличие от сигналов с N-OFDM. OFDM сигнал может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал.
Однако есть некоторые препятствия в использовании OFDM в системе передачи. Основным недостатком является то, что сигналы с OFDM имеют недостаточную спектральную эффективность и высокие удельные затраты полосы частот.
Несмотря на возросшую сложность демодуляции N-OFDM сигналов по сравнению с OFDM, переход к неортогональной расстановке частот поднесущих обеспечивает ряд преимуществ. Во-первых, применение N-OFDM-сигналов позволяет эффективно бороться с узкополосными помехами за счет адаптивной перестройки частот поднесущих. Во-вторых, при незначительном проигрыше в помехоустойчивости система N-OFDM демонстрирует значительное преимущество в спектральной эффективности. Спектр сигнала в системе N- OFDM занимает меньшую полосу частот по сравнению с OFDM, что является серьезным преимуществом. При а=0,8 система N-OFDMвовсе не уступает в помехоустойчивости системе с OFDM-модуляцией, а также демонстрирует показатель спектральной эффективности на 20 % выше.
Поскольку помехоустойчивость обеих систем остается сопоставимой, разработанная система N-OFDM может стать перспективной заменой OFDM.
