(۲-۱۲)

که در آن همدوسی زمانی و گستردگی داپلر است.
محوشدگی تخت یا فرکانس گزین
در محوشدگی تخت[۴۸] پهنای باند همدوسی کانال از پهنای باند سیستم بزرگ­تر است و در نتیجه فرکانس‌های مختلف یک سیگنال دامنه ثابتی را تجربه خواهند کرد. در محوشدگی فرکانس گزین[۴۹] شرایط برعکس بوده و فرکانس­های مختلف سیگنال دامنه­های متفاوتی را تجربه خواهند کرد. در حالت فرکانس گزین، به دلیل اینکه فرکانس­های مختلف تجربه ­های متفاوتی دارند؛ احتمال قرار گرفتن کامل سیگنال، در محوشدگی عمیق کاهش می­یابد. بهبود اثر محوشدگی را می‌توان به کمک تکنیک­های دایورسیتی[۵۰] ترکیب نمود تا گیرنده تجربه محوشدگی‌های مستقل را به صورت همدوس داشته باشد و به این ترتیب احتمال خطای سیستم کاهش یابد. راهکارهای کلی که می­توان با محوشدگی مبارزه کرد عبارتند از:

    • چند آنتنه بودن سیستم
    • کدهای زمان فضا
    • مدولاسیون تقسیم فرکانسی متعامد ([۵۱]OFDM)

۲-۴-۲- سیستم OFDM
۲-۴-۲-۱- تاریخچه مدولاسیون OFDM
سرویس­هایی با نرخ بیت بالا از یک سو و ارزش فوق‌العاده­ی طیف فرکانسی از سوی دیگر، تلاش‌های تحقیقاتی را به سمت یافتن روش‌های کدینگ و مدولاسیون موثر و در عین‌حال الگوریتم‌های پیچیده‌ی پردازش، سوق داده تا کیفیت و بازدهی طیفی و توان مصرفی تجهیزات بهبود یابد. اما سیستم­های مخابراتی به دلیل اینکه سیگنال در معرض تلفات انتشار، محوشدگی در کانال، تداخل ناشی از وجود چندین کاربر و محدودیت توان در تجهیزات می‌باشند؛ از نظر عمل­کرد دچار محدودیت بوده و این عوامل مانع جدی در مقابل افزایش نرخ داده است.
از میان عوامل بازدارنده‌ی ذکرشده، محوشدگی در کانال که از اثرات پدیده‌ی چند مسیری و تغییرات فرکانس داپلر (که به علت متحرک بودن فرستنده یا گیرنده است)، از عوامل دیگر مهم­تر بوده و تخمین کانال در سیستم­های مخابراتی را پیچیده می‌کند. مدولاسیون تقسیم چندگانه فرکانس متعامد نوعی مدولاسیون باند پایه است و برای ارسال آن باید از یکی از روش‌های DPSK، QPSK،n-QAM استفاده کرد. OFDM تکنیکی است که می‌تواند برای کاهش اثرات کانال‌های فرکانس گزین مورد استفاده قرار گیرد. OFDM، کانال فرکانس گزین را، به مجموعه‌ای از کانال‌های مسطح موازی انتقال می‌دهد و در مقابل پراکندگی کانال‌های چند مسیری مقاوم است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

طرح OFDM اولین بار توسط چنگ در سال ۱۹۶۶ ارائه شد[۳۵]. اولین کاربرد OFDM در لینک­های رادیویی [۵۲]HF نظامی بود. تکنیک OFDM هم در مخابرات بی‌سیم و هم در مخابرات سیمی کاربرد دارد. از جمله این کاربردها می‌توان به استفاده در شبکه‌های در دسترس رادیویی باند پهن (BRAN)[53]، پخش صدای دیجیتال(DAB)[54]، پخش زمینی اطلاعات ویدئو دیجیتال (DVB_T)[55] و خط مشترک دیجیتال نامتقارن [۵۶](ADSL) اشاره نمود.
۲-۴-۲-۲- مفهوم مالتی پلکسینگ[۵۷]
ارسال همزمان چند سیگنال پیام روی یک کانال واحد را مالتی پلکس می‌گویند. مالتی پلکس دو روش کلی دارد: مالتی پلکس فرکانسی ([۵۸]FDM) و مالتی پلکس زمانی ([۵۹]TDM). در FDM پهنای باند قابل‌ دسترس کانال به تعدادی زیر کانال جدا از هم تقسیم‌شده و هر سیگنال پیام به یکی از زیرکانا­ل­ها اختصاص می‌یابد. یکی از مسائل مهم FDM، مسئله تداخل صحبت است که به طور ناخواسته یک پیام با پیام دیگر مخلوط می‌شود. عامل اول تداخل صحبت (مدولاسیون متقابل)، عوامل غیرخطی در سیستم­های پردازش سیگنال FDM است و عامل دوم، جداسازی ناقص طیف سیگنال­ها بر اثر فیلتر کردن ناقص و جابجایی فرکانس حامل‌های فرعی است که برای رفع آن می‌توان از باندهای محافظ در ناحیه گذار فیلترها استفاده کرد.
۲-۴-۲-۳- معرفی مدولاسیون OFDM
یکی از روش‌هایی که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته ‌است روش OFDM است. این روش فرم مخصوصی از مدولاسیون چند حاملی (MCM)[60] است که در آن اطلاعات با نرخ بیت بالابر روی چند حامل با نرخ بیت‌های پایین‌تر به صورت موازی ارسال می‌گردد. در روش OFDM علاوه بر ارسال اطلاعات بر روی چندین زیر کانال به علت متعامد بودن زیر کانال‌ها از پهنای باند نیز به صورت بهینه استفاده می‌شود. واژه­ی متعامد[۶۱] به روابط ریاضی دقیقی که در فرکانس‌های حامل سیستم وجود دارد؛ اشاره می‌کند. در سیستم­های ارتباطی، سیگنال­های ارسالی به طور مستقیم به دلیل پراش، انعکاس و پراکندگی، که ناشی از ساختمان‌ها، کوه‌ها است به آنتن‌های گیرنده نمی‌رسند و در نتیجه مسیر دید مستقیم مسدود می‌شود. در صورت مسدود کردن مسیر LOS، سیگنال­های دریافتی از جهات مختلف می‌آیند و این اثر به انتشار چند مسیره (کانال‌های فرکانس گزین) شناخته شده است. کانال‌های فرکانس­گزین اثرات زیادی بر روی داده‌های ارسالی دارد. تکنیک های بسیاری برای کاهش اثر کانال‌های فرکانس­گزین مانند الگوریتم ویتربی[۶۲] و جبران سازها [۶۳]وجود دارد. یکی از دلایل اصلی استفاده از OFDM، توانایی مقابله با فرکانس انتخابی محوشدگی یا تداخل باند باریک است. در یک سیستم تک کاربری محوشدگی یا تداخل سبب از بین رفتن کل ارتباط می‌شود؛ ولی در یک سیستم چند کاربری فقط درصد کمی از زیر کاربرها تحت تأثیر قرار می‌گیرند. علاوه بر آن در این سیستم­ها از روش­های کدگذاری‌ تصحیح خطا نیز می‌توان برای تصحیح زیرحامل­های آسیب­دیده استفاده نمود[۳۶]. ایده اصلی OFDM از FDM گرفته شده است. در فرستنده­ی FDM، فرکانس‌ها به اندازه مشخصی از هم جدا می‌شوند تا از تداخل جلوگیری شود. در گیرنده نیز این سیگنال­ها دمدوله می­شوند. در یک سیستم کلاسیک ارسال موازی اطلاعات، تمامی پهنای باند فرکانسی به N زیر کانال فرکانسی ناهمپوشانی شده تقسیم می‌شود. هر زیر کانال توسط یک سمبل جداگانه مدوله شده و سپس N کانال مالتی-پلکس فرکانسی می‌شوند. در این روش گرچه جلوگیری از همپوشانی طیفی کانال‌ها، برای حذف تداخل بین کانال‌ها مناسب است؛ ولی منجر به استفاده غیر کارآمد از طیف موجود می‌شود. در OFDM زیرحامل­های متعامد همپوشانی­شده، باعث بهبود کارآیی طیف می‌شوند. در شکل ۲-۵ تفاوت سیستم چندحاملی معمولی و سیستم چندحاملی متعامد به خوبی معلوم است[۳۶].
شکل۲-۵- سیستم چندحاملی معمولی (سمت راست) و چندحاملی متعامد (سمت چپ) [۳۶].
شکل بالا تفاوت بین تکنیک چندحاملی ناهمپوشانی­شده و تکنیک چندحاملی همپوشانی­شده را نشان می‌دهد. همان طور که در شکل نشان داده شده است؛ با بهره گرفتن از تکنیک مدولاسیون چندحاملی همپوشانی­شده، تقریباً %۵۰ در پهنای باند صرفه‌جویی شده است. برای دستیابی به مدولاسیون چندحاملی همپوشانی­شده باید همشنوایی بین زیرکانال­ها را کاهش دهیم، یعنی باید بین حامل‌های مدوله شده مختلف تعامد وجود داشته باشد. که شکل ۲-۶ تعامد بین حامل‌ها و تطبیق بین آن‌ها را نشان می‌دهد.
شکل۲-۶- طیف سمبل OFDM[36]
۲-۴-۲-۴- مدل OFDM
چنانچه پیش‌تر ذکر شد، در مخابرات بی‌سیم به ویژه در فرکانس‌های بالا، پدیده انتشار چند مسیره مهم‌ترین مانع در ارسال با نرخ بیت بالا است، زیرا باعث ایجاد تداخل بین سمبلی[۶۴](ISI) می‌شود. اگر گستره­ی تاخیر کانال برابر باشد و سمبل ها با دوره زمانی ارسال شوند، در سیستم تک حاملی هر سمبل دریافتی تحت تأثیر سمبل قبلی قرار می‌گیرد، که برای داده‌های با نرخ بیت بالا به دلیل کوچک بودن دوره زمانی مربوط به هر سمبل، نسبت مقدار بزرگی خواهد بود. حال اگر اطلاعات را به وسیله چندین زیرحامل ارسال کنیم، رشته سمبل های ورودی با دوره زمانی سمبل به رشته، هر کدام با دوره زمانی طولانی­تر تقسیم می‌شوند. ارسال این سمبل­ها در کانال چند مسیره باعث می‌شود؛ هر سمبل تحت تأثیر سمبل قبلی قرار گیرد. بدین ترتیب ملاحظه می‌شود خطای ISI در سیستم چند حاملی به مراتب از سیستم تک حاملی کمتر است. از این­رو تکنیک OFDM بازدهی پهنای باند بیشتری دارد. علت آن در این نکته نهفته است که در این روش فاصله بین زیرحامل­ها کمتر است و در عین‌حال که حامل‌ها همپوشانی دارند؛ در گیرنده قابل تفکیک می‌باشند، چرا که فاصله فرکانسی زیر حامل‌ها به گونه‌ای است که متعامد بودن آن‌ها تضمین می‌شود. داده‌های ارسالی با نرخ سمبل به دسته‌ه ای تایی تقسیم‌بندی می‌شوند. هر دسته شامل سمبل مختلط است که به طور همزمان توسط زیرحامل در طول یک فریم در محدوده زمانی برابر دوره زمانی یک سمبل یعنی ارسال می‌شوند. شکل زیر بلوک دیاگرام سیستم OFDM، را که شامل فرستنده، گیرنده و کانال محوشدگی است، نشان می‌دهد. همچنین در این بلوک دیاگرام پیشوند گردشی (CP[65]) دیده می‌شود که در ادامه بحث خواهد شد.
ابتدا دنباله بیت‌های ورودی با نرخ بیت Rb بر­اساس اینکه از چه مدولاسیونی استفاده شود (به طور مثال مدولاسیون QAM16)، طی فرایند تبدیل موازی به سری به کد واژه‌هایی k بیتی دسته‌بندی شده و هر کدواژه در شکل منظومه مربوطه‌اش متناظر با یک زیرحامل با دامنه و فاز منحصر به­ فرد خواهد بود. در مرحله بعد این کدواژه­ها به تعداد تعریف‌شده مدهای k2 یا k8 بیتی در یک بافر زمانی با طول زمانی Tu و تعداد جایگاه مشخص مد مربوطه، نگهداری می‌شوند.
شکل ۲-۷- ساختار سیستم OFDM[37]
پس از پر شدن بافر (زمان Tu)، به طور یکجا این اطلاعات (Ii ,Qi) ها در جایگاه‌های فرکانسی معینی که زیر کانال‌های OFDM نامیده می‌شوند نگاشت می‌گردند، این عمل به صورت نرم‌افزاری طی الگوریتمی بنام الگوریتم IFFT اجرا می‌گردد. تبدیل FFT الگوریتمی است عددی، که نمونه‌های فرکانسی تبدیل فوریه گسسته را بر اساس نمونه‌های محدود زمانی سیگنال (در یک زمان محدود که پنجره زمانی می‌گویند) با سرعت بالایی محاسبه می‌کند. الگوریتم قادر است؛ طیف سیگنال را در یک فضای گسسته بر­اساس دقت مدنظر ما، تخمین بزند. در واقع این فرایند سبب پدید آمدن یک سمبل OFDM در حوزه زمان و در زمان معین Tu، از روی تعداد معین زوج‌های (I,Q) خروجی مدولاتور (QAM) می‌گردد. پس از این عملیات، در حوزه زمان سیگنالی با زمان حضور Tu پدید می‌آید که آن را سمبل OFDM می‌نامیم. با توجه به تعامد زیرحامل ها سیگنال OFDM ارسالی در باند میانی در بازه­ی زمانی i ام را می‌توان به صورت زیر نوشت[۳۵]:

(۲-۱۳)

ساخت حامل‌هایی با فاصله‌ی فرکانسی دقیق کار دشواری هست. اگر از سیگنال با فواصل زمان نمونه‌برداری شده و به ضریب نرمالیزه شود آنگاه:

(۲-۱۴)

X(n) = x() =

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...