CC BY
10ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2020. № 5-3 (104)
УДК 004
К.М. Ахмедов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ WOFDM ДЛЯ БЕСПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ 5G
В настоящее время развивающиеся сценарии беспроводных сетей, такие как предлагаемые системы для 5G, широко обсуждаются с различными требованиями. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) является консервативным предложением, которое используется для построения системы 5G WOFDM (системы Wavelet OFDM). Моделирование системы инициализируется с помощью BPSK, затем с QAM и 64-QAM система улучшается за счет увеличения количества уровней дискретного вейвлет -преобразования до пяти уровней и, наконец, сравнивается с исходной системой, чтобы доказать, что она удобна для беспроводных сетей 5G.
Ключевые слова: мобильная связь DWT, новое поколение, OFDM, WOFDM, Haar, Wavelet.
Концепция системы модуляции и мультиплексирования (OFDM) заключается в одновременной передаче данных через несколько несущих с использованием разных частотных диапазонов. Эти несущие представляют собой комплексные экспоненты Фурье в классическом OFDM, другими словами, они представляют собой быстрое преобразование Фурье (FFT) и обратное быстрое преобразование Фурье (IFFT), которые используются для отображения символов на множество поднесущих. Фактически, любой набор ортогональных и нормализованных функций может использоваться в качестве несущих системы OFDM, такой как вейвлет. Вейвлет OFDM (WOFDM) разработан с использованием дискретного вейвлет -преобразования (DWT) в качестве несущих. WOFDM передает символы в разных вейвлет -спектрах. Спектр получается путем растягивания версий единственного спектра, определяемого используемым вейвлет.
Ортогональное частотное отделение мультиплексирования
OFDM имеет очень большое количество сигналов поднесущих, которые переносят данные в параллельный поток данных. Следовательно, каждая из этих поднесущих модулируется с помощью одного из распространенных методов модуляции, таких как фазовая манипуляция или квадратурная амплитудная модуляция. Принцип поднесущих (или поддиапазонов) в OFDM улучшает производительность системы. Кроме того, поднесущие повышают способность справляться со строгими случаями канала, такими как затухание, помехи и частотно-избирательное замирание в многолучевом распространении, без сложных фильтров выравнивания.
Целью перекрытия поднесущих в OFDM является получение максимальной спектральной эффективности. Хотя эти поднесущие ортогональны друг другу, но перекрывающиеся соседние каналы могут создавать помехи друг другу. В результате поднесущие имеют способность перекрываться без помех и соответственно обеспечивают максимальную спектральную эффективность. Идея ортогональных подне-сущих в системе OFDM ясна на пике каждой поднесущей. Все остальные поднесущие имеют нулевой вклад.
Дискретное вейвлет-трансформация
Вейвлет широко используется для сжатия изображений, обработки сигналов, численного анализа и многих других приложений, таких как медицинская диагностика и повышение разрешения. Кроме того, вейвлет доказывает, что он является хорошим кандидатом для сотовых сетей 5G, если он комбинируется с системой OFDM из-за недавних исследований в последние несколько лет. Основная сущность вейвлет-преобразования заключается в разложении сигнала на количество разрешений, или суб-сигналов, или составляющих малой волны, называемых вейвлетами. Эти вспомогательные сигналы представляют сигнал разрешения или представляют напоминание. Кратковременное преобразование Фурье реализуется посредством использования скользящего окна фиксированного размера, в то время как вейвлет-преобразование зависит от переменного размера окна при анализе компонентов сигнала. Существует набор шаблонных функций, и сигнал будет сравниваться с этими функциями, чтобы получить сходство. Шаблонные функции генерируются из масштабирования и сдвига базового вейвлета.
© Ахмедов К.М., 2020.
Вестник магистратуры. 2020. № 5-3 (104)
ISSN 2223-4047
FFT-система OFDM
Система OFDM обычно используется в проводных и беспроводных системах связи, поэтому важно обсудить и уточнить все блоки ее передатчика и приемника. Основным блоком в передатчике OFDM является IFFT. Входной сигнал будет модулироваться с использованием любой подходящей схемы модуляции, за которой следует последовательно -параллельный преобразователь.
OFDM-система на основе WAVELET
Как упоминалось ранее, система OFDM на основе FFT делит ширину полосы на поднесущие. Эти поднесущие являются ортогональными и перекрываются, но в системе OFDM на основе вейвлетов принцип отличается. Данные передаются в зависимости от основ мультиплексирования, поэтому каждая под-несущая будет иметь свое собственное временное и частотное разрешение. На стороне передатчика данные модулируются с использованием одного из методов модуляции и преобразуются в параллельные для применения обратного дискретного вейвлет-преобразования вместо IFFT. С другой стороны, принятый сигнал из канала представляется в блок дискретного вейвлет-преобразования, затем сигнал демодулиру-ется для получения исходного сигнала с величиной ошибки в соответствии с влиянием шума и затухания в канале.
Несомненно, скорость передачи данных в WOFDM выше, чем в OFDM на основе FFT, потому что WOFDM не добавляет циклический префикс (CP) к символу перед трансляцией по каналу во время OFDM использует CP для разделения каналов. Система не требует циклического префикса из-за перекрывающихся поднесущих во временной и частотной области. Кроме того, WOFDM обладает преимуществом более низкого PAPR (отношения пиковой и средней мощности) и более низкой частотой ошибок по сравнению с OFDM-системой.
Оценка эффективности системы OFDM на основе Wavelet
Прежде чем рассматривать производительность системы WOFDM, важно проиллюстрировать детерминанты параметров в моделировании. Первоначально выбранная схема модуляции была BPSK, но результаты не были достаточно убедительными, чтобы принять систему в этом формате. Следовательно, используется 64-QAM (то есть 6 бит на несущую). Эта схема модуляции улучшила производительность системы WOFDM. Кроме того, используемый вейвлет-фильтр представляет собой Dmey с BPSK и Haar с 64-QAM, поскольку этот фильтр не является непрерывным и не дифференцируемым. Таким образом, производительность сигналов с внезапными переходами будет лучше.
Очевидно, что система лучше и стабильнее с фильтром Haar и модуляцией 64-QAM. Второй способ улучшения системы зависит от количества уровней фильтра Haar при вейвлет-преобразовании. Количество уровней увеличено до пяти вместо одного. Система становится лучше, стабильнее, а кривая BER плавная, потому что уровень ошибки меньше, когда SNR увеличивается. BER сокращается, а система поддерживается стабильной благодаря увеличению количества уровней DWT до пяти.
Фактически, система OFDM является краеугольным камнем беспроводных систем в последние несколько лет. Концепция этой работы заключается в том, как повысить производительность системы OFDM и снизить BER с помощью DWT. Система имеет минимальную частоту ошибок, когда данные отправляются с использованием пяти уровней вейвлет-преобразования. Кроме того, понятно, что фильтр Хаара и увеличение количества уровней вызывает падение уровня ошибок. Производительность системы мотивирует исследователей работать и исследовать этот метод, чтобы улучшить другие масштабы, такие как пропускная способность и PAPR.
Библиографический список
1.B. Narsimha, K. A. Reddy, «Multi-scale Singular Spectrum Analysis for Channel Estimation of OFDM Transceiver System» IEEE Recent Advances in Intelligent Computational Systems, RAICS 2018, стр. 75-78, 2018.
2.S. Villalobos, F. Aldana, et al., «A Wavelet-Based OFDM System Implementation on GNURadio Platform vs. an FFT-Based» Springer International Publishing AG, 4th Workshop on Engineering Applications , стр. 201-211, 2017.
3.S. Shanmugasundaram, «Sub Carrier Analysis for QAM Modulation» Bulletin of Electrical Engineering and Informatics (BEEI), стр. 354-357, 2017.
4.S. Baig, H. Muhammad, et al., "High Data Rate Discrete Wavelet Transform-based PLC-VLC Design for 5G Communication Systems," IEEE Access.
АХМЕДОВ КАЗБЕКМЕЖВЕДИНОВИЧ- магистрант, Мытищинский филиал Московский государственный технический университет им Н. Э. Баумана. Россия.
