CC BY
68
ПРОБЛЕМЫ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ В OFDM СИСТЕМАХ
© Карасева Т.С.*
Казанский национальный исследовательский технический университет им А.Н. Туполева, г. Казань
В статье описывается алгоритм фильтрации комплексного множителя канала мобильной связи под действием полигармонической фильтрации в OFDM системах, основанный на модели Джейкса, описывается виды искажений в OFDM системах, принципы улучшения эффективности мобильных систем связи.
Ключевые слова абонент, поднесущая, помеха, мобильность, сигнал, спектр, передача, прием, интервал, фильтрация, мультиплексирование, комплексный множитель, амплитуда.
В связи с большим ростом количества абонентов современных систем беспроводной связи, существует необходимость качественного приема информации в сложной помеховой ситуации. Высокое качество работы систем мобильной связи должно обеспечиваться при высокой скорости передачи информации и высокой скорости движения (перемещения) абонента в условиях города. Поэтому в сотовых системах связи применяется ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM) [3]. В настоящее время актуальным является исследование помехоустойчивости радиосистем с OFDM сигналами. OFDM системы широко применяются в России, также как Wi-Fi и WiMAX [4]. Перспективы развития OFDM систем обусловлена тем, что сигналы обеспечивают высокую спектральную эффективность, возможна работа вне прямой видимости, обеспечивают большую дальность передачи информации и возможность эффективного обслуживания мобильных абонентов [1].
В OFDM системах высокоскоростной поток данных разделяется на большое число низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на своей частоте (поднесущей). Длительность канальных символов может быть выбрана достаточно большой, превышающей задержки сигнала в канале [5]. При этом межсимвольная интерференция в каждом частотном канале может влиять только лишь на незначительную часть канального символа, которую можно исключить из последующей обработки в приемнике за счет введения временного защитного интервала между соседними канальными символами. Для создания эффективных систем передачи информации, работающих в сложных условиях распространения сигналов (городская застройка и с учетом перемещения абонента относительно базовой станции) и влияние помех, необходимо исследовать помехоустойчивость в OFDM системах [1]. В ходе исследования помехоустойчивости OFDM систем необходимо про-
* Аспирант кафедры Радиоэлектронных и телекоммуникационных систем.
извести оценку параметров канала связи в системах связи с ортогональным частотным мультиплексированием.
В мобильных системах связи параметры канала изменяются во времени, так как мобильность (перемещение) абонента приводит к изменению условий распространения сигнала [5]. Мобильный канал связи характеризуется отсутствием прямой видимости между передатчиком и приемником, особенно в сложных условиях (городская застройка). Скорость изменения условий передачи и приема сигнала определяет скорость замираний [2]. В случае большого числа многократно--отраженных лучей и отсутствия прямой видимости, огибающая полученного сигнала может быть описана с помощью релеевской функции плотности вероятности (рис. 1).
Задний
Рис. 1. Многолучевое распространение сигнала
В настоящее время существуют следующие основные типы помех (искажений) в канале связи [2]:
- Многолучевое распространение, возникает в результате рассеяния, дифракции и отражения сигналов при взаимодействии с различными объектами в пространстве. Происходит различное изменение амплитуды и фазы принимаемого сигнала.
- Доплеровский сдвиг возникает из-за перемещения абонента с различной скоростью. Небольшие перемещения на расстояния, соизмеримые с длиной волны передаваемого сигнала, могут вызывать существенные изменения параметров принимаемого сигнала. Величина доплеровского сдвига пропорциональна скорости движения.
- Затенение, которое может быть вызвано различными объектами такими как горы, холмы, деревья, здания. Данные объекты ограничивают прямую видимость между передатчиком и приемником.
- Потери в тракте, характеризующиеся зависимостью падения средней мощности сигнала от расстояния между передатчиком и приемником.
Для создания наиболее эффективных систем передачи информации, функционирующих в сложных условиях распространения сигналов и с учетом перемещения абонента относительно базовой станции и воздействия помех, необходимо проведение исследования помехоустойчивости OFDM систем. В связи с движением абонента, в OFDM системах при приеме необходимо применять эквалайзер. Эквалайзер служит для компенсации влияния канала связи. Как известно, к современным мобильным системам связи, использующим OFDM системы, предъявляются высокие требования к оценке комплексного множителя канала связи. Широкополосный сигнал OFDM представляет собой совокупность большого количества узкополосных сигналов (рис. 2).
Пилотные несущие
Рис. 2. Широкополосный OFDM сигнал
Таким образом, описание комплексного множителя канала связи для узкополосных сигналов возможно с использованием полигармонической модели Джейкса [1], согласно которой отсчеты комплексного множителя канала связи hs могут быть аппроксимированы следующим образом:
p
h =ЕA (5)• ехР (j2*fpsTo), (1)
p=0
где f, p = 0, 1, 2, ..., P - частоты квазигармонических составляющих; A (s) -
неизвестные комплексные амплитуды квазигармонических составляющих, которые предполагаются неизвестными; P + 1 - число квазигармонических составляющих.
В связи с тем, что широкополосный канал OFDM является совокупность узкополосных, комплексная амплитуда сигнала y на /-ой поднесущей на входе приёмного устройства может быть записана в виде:
v. = h • x ., (2)
s si si si? V '
где xsi - передаваемый информационный сигнал.
Так как информационные сигналы xsi для большей части поднесущих в OFDM сигнале случайны и, следовательно, такие поднесущие не могут быть использованы для оценки комплексных амплитуд Ap (s).
Поэтому предполагаем, что комплексные амплитуды Ap (s) одинаковы
для всех поднесущих, а их особенности заключаются только в частотных множителях. Это предположение основано на том, что комплексные амплитуды Ap (s) характеризуют канал мобильной связи, который для всего OFDM сигнала один и несет в ограниченной полосе частот схожие характеристики. Для оценки неизвестных амплитуд используем фильтр Калмана [2, c. 2]. Таким образом значения комплексных множителей каналов мобильной связи для всех поднесут^ можно определить по формуле:
hs = № ,
expO' 015ГО) ... exp(jlnfp1 sT0)
(3)
- матрица модуляции для
где \\Ts\\ =
_expO' 2rf0jsTo) ... exp(j 2^fpIsT) всего набора поднесущих.
Таким образом, в ходе исследования была применена модель Джейкса, позволяющая производить точную оценку комплексного множителя канала мобильной связи. Основной задачей исследования являлось повысить точность оценки параметров канала мобильной связи, произвести решение помехоустойчивости в OFDM системах.
В своем исследовании был предложен способ оценки квазигармонических составляющих сигнала модели Джекса по пилот-тонам с применением фильтра Калмана и дальнейшее распространение полученных результатов на все поднесущие OFDM сигнала.
Список литературы:
1. Прокис Дж. Цифровая связь. - М.: Радио и связь, 2000.
2. Полигармоническая фильтрация комплексного множителя канала в системах подвижной радиосвязи / Под. ред. С.Ф. Кондрашова, В.Б. Крейн-делина // Электросвязь. - М., 2007. - № 5.
3. Andrews J.G., Ghosh R. Muhamed Fundamentals of WiMAX Understanding Broadband Wireless Networking. - Prentice Hall. 2007. - Р. 448.
4. Сюваткин В.С. и др. Wimax - технология беспроводной связи: основы теории, стандарты, применение / Под ред. В.В. Крылова. - СПб.: БХВ-Пе-тербург, 2005. - 368 с.
5. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ / Под ред. У.К. Джейкса; пер. с англ., под ред. М.С. Ярлыкова и М.В. Чернякова. - М.: Связь, 1979. - 520 с.
ARRAYED WAVEGUIDE GRATING ALONG WITH SOME POSSIBLE SOLUTIONS FOR THE PROBLEMS
© Urinov E.M.*, Abdukadirov B.A.*
Fergana branch of Tashkent University of Information Technologies
The AWGs are used to multiplex channels of several wavelengths onto a single optical fiber at the transmission end and are also used as de multiplexers to retrieve individual channels of different wavelengths at the receiving end of an optical communication network.
Keywords: multiplex, demultiplexers, wavelengths, optical (de)multiple-xers, switching fabric, transmission, spectrum.
Arrayed waveguide gratings (AWG) are commonly used as optical (de)multiplexers in wavelength division multiplexed (WDM) systems. These devices are capable of multiplexing a large number of wavelengths into a single optical fiber, thereby increasing the transmission capacity of optical networks considerably.
The AWG is used as it gives better performance than a normal space switch interconnection network, as far as insertion losses are concerned. The devices are based on a fundamental principle of optics that light waves of different wavelengths interfere linearly with each other. This means that, if each channel in an optical communication network makes use of light of a slightly different wavelength, then the light from a large number of these channels can be carried by a single optical fiber with negligible crosstalk between the channels. The AWGs are used to multiplex channels of several wavelengths onto a single optical fiber at the transmission end and are also used as demultiplexers to retrieve individual channels of different wavelengths at the receiving end of an optical communication network.
* Assistent-teacher.
* Assistent-teacher.
