Принципы формирования OFDM-символов согласно стандартам 802. 11, 802. 16

УДК 621.391

А. А. ШАГАРОВА

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОРОМ-СИМВОЛОВ СОГЛАСНО СТАНДАРТАМ 802.11, 802.16

Рассматриваются принципы формирования ОГОМ-символов, а также основные виды помех и пути их устранения.

Ключевые слова: беспроводная связь, многолучевой приём, цифровой канал.

В системах широкополосного беспроводного доступа (ШБД) основным разрушающим фактором для цифрового канала являются помехи от многолучевого приёма. Этот вид помех весьма характерен для эфирного приёма в городах с разноэтажной застройкой из-за многократных отражений радиосигнала от зданий и других сооружений. Автором рассматриваются основные способы решения этих проблем. Радикальным методом решения является применение технологии ортогонального частотного мультиплексирования OFDM, которая специально разработана для борьбы с помехами при многолучевом приёме. Группа несущих частот, которая в данный момент времени переносит биты параллельных цифровых потоков, называется «символом OFDM». Благодаря тому, что используется большое число параллельных потоков, длительность символа в параллельных потоках оказывается существенно больше, чем в последовательном потоке данных. Это позволяет в декодере задержать оценку значений принятых символов на время, в течение которого изменения параметров радиоканала из-за действия эхо-сигналов прекратятся, и канал станет стабильным [1,3].

Анализ работы OFDM-сигналов Технология OFDM находит широкое применение в протоколах беспроводной связи, например в стандартах IEEE 802.1 la, 802.1 lg и 802.16. Основное преимущество данной технологии заключается в том, что она позволяет реализовать высокую скорость передачи данных, обладает высокой спектральной эффективностью и создаёт предпосылки для эффективного подавления такого паразитного явления, как многолучевая интерференция сигналов, возникающая в результате многократных отражений сигала от естественных преград, в результате чего один и тот же сигнал попадает в приёмник различными путями. Следовательно, в точке приёма результирующий сигнал представляет собой супер-

©Шагарова А. А., 2010

позицию (интерференцию) многих сигналов, имеющих различные амплитуды и смещённых друг относительно друга по времени, что приводит к искажению принимаемого сигнала. Многолучевая интерференция присуща любому типу сигналов, но особенно негативно она сказывается на широкополосных сигналах.

Технология OFDM реализована в стандарте IEEE 802.1 la, который ориентирован на работу в диапазоне 5 ГГц. Это позволяет одновременно осуществлять передачу информации по многим поднесущим, образующим канал. В сетях стан-

— ~__jp р ОАО 1 1 _ ^ и

дар1 a li^riju, ou^.i ia применяется канал ширинои 20 МГц и используются 52 поднесущие. Интервал между поднесущими 312,5 кГц, представляют в виде fk(t)=akSin(27u(f0+kAf)t-b9k)? где к= -26, ..., 26. F0 - центральная поднесущая не используется, её амплитуда равна нулю. Суммарный сигнал на всех поднесущих можно записать в виде

26

s(t)= XCkej27l(fo+kAf)l, (1) к=-26

где Ск - комплексная амплитуда к-й поднесу-щей, мнимая и действительная составляющие которой соответствуют квадратурному (Q) и синфазному (I) каналам квадратурной модуляции. OFDM-символ представляет собой совокупность всех поднесущих на дискретном интервале TF = 1/Af = 3,2 мкс. Информационная ёмкость OFDM-символа определяется типом модуляции информационных поднесущих и их числом. Из 52 поднесущих в стандарте IEEE 802.11а для передач данных используются 48, поэтому ёмкость OFDM-символа составляет 48*Nb, Nb - число бит в одном модуляционном символе (на одной поднесущей). Ввиду параллельной организации OFDM-символа при высокой скорости его передачи в целом возникает возможность на отдельной поднесущей сохранять невысокую скорость. Это позволяет в каждый OFDM-символ добавлять защитный интервал. Защитный интервал транслируется в начале

isЙО^КГЖ.Ч-П

ч» -Y

Фармнро- -Vj

ÛAifV№ -Y МОДУ- --

CHflWTtt ЛЯЦИЯ

<5

ю- ллцкя

Л—

У/х>ллбныа ЗШЦИТНОТО

икт&рмлл

Восстало astern«» оос/юдо М10Льисх:1И

А* тооадс г рс*4хл гош

Рис. 1. Функциональная схема трактов приёма-передачи стандарта IEEE 802.11а

OFDM-символа, в результате отражённый и пришедший с задержкой символ попадает в защищенный интервал и не повреждает прямо распространяющийся символ [1, 2, 3, 4].

Процедура формирования выходного сигнала в стандарте IEEE 802.11а представлена в виде функциональной схемы на рис. 1 [1,3]. Входной поток бит подвергается скремблированию посредством перемножения на псевдослучайную последовательность (ПСП) с циклом повторения 127, которую формирует генератор с задающим

7 4

полиномом G(x)=x +х +1 и начальным значением 1111111. После скремблирования поток данных поступает на сверточный кодер (FEC). Скорость кодирования может быть выбрана из 1/2, 2/3, 3/4. Вся последовательность кодированных бит разбивается на блоки, длина которых равна числу битов в OFDM-символе при выбранной скорости передачи (Ncbps)- В пределах блока биты нумеруются от 0 до Ncbps - 1 • Затем проводятся две стадии перестановки. На первой стадии смежные биты разносятся по несмежным поднесущим. На второй - смежные биты разносятся так, чтобы они не оказались в младших разрядах блока одновременно.

После перестановок бит кодированная последовательность разбивается на группы по числу позиций выбранной квадратурной модуляции и в соответствии с диаграммами кода Грея определяют значения синфазной (младшие биты) и квадратурной (старшие биты) составляющих комплексных амплитуд. Полученные значения амплитуд умножаются на нормированный коэффициент согласно выбранному виду модуляции. В результате формируются значения комплексных амплитуд Ск, используемых в выражении (1).

Дальнейшее развитие технология OFDM получила в стандарте 802.1 1 п. Он обеспечивает увеличение скорости передачи данных за счёт удвоения полосы пропускания канала с 20 до 40 МГц и введения дополнительных каналов приёма - передачи по технологии многоканальных антенных систем MIMO. В основном режиме осуществляется поддержка двух антенных каналов точкой доступа (АР) и одного канала поль-

зовательскими станциями (AT), всего у АР и AT может быть до четырех антенных каналов приёма - передачи.

* * *

Основным преимуществом OFDM по сравнению со схемой с одной несущей является её способность противостоять сложным условиям в канале. Например, бороться с затуханием в области высоких частот в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных фильтров-эквалайзеров. Канальная эквализация упрощается вследствие

ТОГО ЧТО ОрП\Д лигиап na^^MornwDQTLPa

' v/l Wj 1 1 w V—S X JL-V IT I VIII I. * UV 1 l»l V/VIVV J ^yuvviliu I pnuu ( L'V/l

как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как один быстро модулируемый широкополосный сигнал. Низкая символьная скорость делает возможным использование защитного интервала между символами, что позволяет справляться с временным рассеянием и устранять межсимвольные искажения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Вишневский, В. М. Энциклопедия Wi-МАХ. Путь к 4G / В. М. Вишневский, С. Л. Портной, И. В. Шахнович. - М. : Техносфера, 2009. - 472 с.

,2. Вишневский, В. М. Теоретические основы проектирования компьютерных сетей / В. М. Вишневский. - М. : Техносфера, 2003. - 512 с.

3. Вишневский, В. М. Широкополосные беспроводные сети передачи информации / В. М. Вишневский, А. И. Ляхов, С. Л. Портной, И. В. Шахнович. - М. : Техносфера, 2005. - 592 с.

4. Шахнович, И. В. Современные технологии беспроводной связи /И .В. Шахнович. - М. : Техносфера, 2006. - 288 с.

Шагаров a Anna Александровна, преподаватель кафедры ОПД УВАУ ГА (И), соискатель кафедры «Телекоммуникации» УлГТУ.