پایان نامه جهت اخذ درجه ی کارشناسی
در رشته مخابرات – سیستم
مقدمه
تسهیم فرکانسی متعامد ( OFDM )یک روش موثربرای انتقال اطلاعات بصورت موازی میباشد بدین صورت‌که سرعت های بالا با ارسال تعدادی از زیرحامل های متعامد میتواند بدست آید.تداخل بین سمبلی (ISI ) و تداخل درون کانالی ( inter channel interference ) درسیستم های OFDM با واردکردن شیار حفاظتی کمتر شده است. با اینحال همزمان سازی کد با استفاده از افزایش تناوب سمبل های مدم‌های سریالی رایج توسط فاکتوروابسته به تعداد زیرحامل ها راحت تر شده است .
OFDM روش ارسال دیتا بصورت موازی می باشد که سمبل های OFDM راکه متشکل است از سمبل های موازی دیتا رابه کمک تبدیل سریال به موازی ( S/P ) بجای ارسال داده ها بصورت جریان سری ارسال میکند .
اخیرا" سیستم های دسترسی چندگانه بر پایه ی تقسیم کد (CDMA ) که از روش ترکیب روشهای CDMA و سیگنالینگ OFDM که به سیستم های چند حاملی CDMA معروف می باشند ( multicarrier CDMA ) توجه خیلی زیادی را بخود در عرصه ی مخابرات بیسیم جذب کرده اند .
این امر بیشتر بخاطر اینست که تقاضا برای سرویس‌های با نرخ های بیت بالادر محیط های بیسیم شناخته شده توسط کانال های رادیویی دشمن می باشد.
این نوع سیگنال ها براحتی و بطور موثر با استفاده از تجهیزات تبدیل فوریه سریع (FFT) مدوله و دی مدوله می شوند .این سیستمها همچنین ویژگی های جذاب بازده فرکانسی بالارا نشان می‌دهند که ناشی ازاین امراست که این سیستم ها می توانند با فاکتور nyquist roll-off کمتری که بصورت تقریبی نزدیک صفر است کار کنند .
ترکیب CDMA و OFDMمی تواند با توسعه‌ی سیگنالها بر روی چندین حامل با اثرات کانال های فیدینگ مقابله کند تا بتواند چرخش فرکانسی (frequency diversity ) ایجاد کند.
OFDM یکی از روش های مخابرات چند حاملی(multicarrie communication ) می باشد که سمبل‌های داده ها را روی زیر حامل های چندگانه که پهنای باند سیستم را توسط بعضی اشکال FDM (frequency devision multiplexing ) به اشتراک می گذارند.
بلوک دیاگرام فرستنده ی سیستم OFDM توسط شکل زیر نشان داده شده است .داده های ورودی بصورت سریال در فرستنده ی OFDM ابتدا بصورت موازی در می آید و به M تا زیر شاخه ی موازی اختصاص داده می شود،که am وbm نشان‌دهنده‌ی سمبل‌های داده‌تخصیص‌داده شده به مولفه‌های درفاز (inphase )وبرفاز( quadrature) مربوط به M تا زیر شاخه می باشند.
بعد از تبدیل S/P هریک از M تا زیر شاخه مدوله می شوند. در پایان این سیگنال های مربوطه با هم جمع‌می‌شوند تا یک سیگنال ارسالی مرکب را تشکیل دهند . براساس شکل سیگنال OFDM ، S(t) می تواند بصورت زیربیان شود:
توجه کنید که سمبل‌های دیتا جمع آوری شده توسط زیرشاخه های مختلف ممکن است بر پایه ی رنج‌های دینامیکی مختلف باشد و در مجبور نباشد که در همان رنج باشد .
با این حال روش مدولاسیون در هر زیر شاخه ممکن است که مستقل از روش استفاده شده در زیر شاخه ی دیگر باشد
محاسن استفاده از روش های مدولاسیون مستقل در هر زیر شاخه واضح می باشد . برای مثال در یک محیط مخابراتی با فیدینگ انتخاب گری فرکانس ( frequency selective ) ، بعضی از سیگنال‌های زیر شاخه ممکن است که تنزل جدی تری را نسبت به سیگنال های زیر شاخه دارندکه فیدینگ انتخاب گری فرکانسی (frequency selective ) دارند. نتیجتا" زیر شاخه ها با مقادیر خروجی سیگنال به نویز خروجی ( SNR ) ممکن است که مدولاسیون‌های با نرخ بالا را استفاده کنند .
آن هایی‌که با مقادیر SNR خروجی کمتر هستند از مدولاسیون های با نرخ کم استفاده میکنند ویا اینکه گاهی دست از تبادل اطلاعات می کشند .بعنوان مثال سیگنال های زیر شاخه درحوزه ی T و سیگنال OFDM خروجی‌در شکل نشان داده شده اند که ما فرض می کنیم دیتای ورودی در داخل زیر شاخه های در فاز ( inphase ) بصورت:
( 1+ ، -1، -1، +1 ، -1 ، +1، +1، -1 ) = ( ( a0 , a1 , a2 , a3 , a4 , a5 , a6 , a7می باشند ، در حالیکه مولفه های زیر شاخه ی بر فاز خاموش می شوند مثل حالت زیر :
( 0 ، 0 ، 0 ، 0 ، 0 ، 0 ، 0 ، 0 ) = ( b0 , b1 , b2 , b3 , b4 , b5 , b6 , b7 ) . با اینحال درشکل 3.2 ، RS = 1 / TS نرخ سمبل را نشان می دهد و TS مدت زمان سمبل را نشان می دهد . شکل 3.2 نشان می‌دهد که درهرنمونه‌ی زمانی، سیگنال OFDM سیگنال خروجی S(t) را نشان می‌دهد که از مجموع تعداد M = 8 تا سیگنال زیر شاخه بافرکانس‌های مختلف تشکیل شده است. یکی ازخواص عمومی سیگنال OFDM خروجی اینست‌که دامنه ی سیگنال رنج دینامیکی بالایی دارد و مقدار پیک دامنه ممکن است خیلی بیشتر از مقدار متوسط دامنه باشد . این مقدار بالای مربوط به نسبت دامنه ی پیک به متوسط نیزمند اینست که فرستنده ی OFDM ظرفیت فراهم کردن رنج خطی بالایی را برای تقویت سیگنال داشته باشد . در غیر این صورت سیگنال ارسالی با اعوجاج غیر خطی مبارزه می کند ، که ممکن است ذاتا" عملکرد قابل دسترسی را کاهش دهد .
پارامتر های مدولاسیون :
در شکل میبینیم که سیگنال OFDM از M تا زیر حامل با M تا فرکانس تشکیل شده است . در سیستم های OFDM تعداد M تا از زیر حامل ها طوری انتخاب می شوند که بر همدیگر تعامد باشند ، برای مثال سیگنال های زیر حامل از روابط زیر پیروی می کنند :
که در آن m ≠ n می باشد ، تعداد m تا فرکانس بایستی طوری انتخاب شود که شرط زیر را ارضاء کند :
که i ≥ 1 یک عدد ( integer ) می باشد . در سیستم های OFDM روش معمول بدست آوردن سیگنال های متعامد اینست که فضای فرکانسی آن را طوری انتخاب کنیم که برابر با عکس طول سمبل OFDM باشد . بنابراین مجموعه ی فرکانسی
{ { 0 , 1 / TS , 2 / TS , 3 / TS , 4 / TS , … , (M - 1) / TS می تواند برای تولید مجموعه سیگنال های زیرحامل متعامد مورد استفاده قرار گیرد ، که نتیجتا" در دو تا از نصف لوب های اصلی که سیگنال های مجاورند و با هم همپوشانی می کنند بروز می کند .
فرض کنید که mi ها راداشته باشیم کهi = 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , … , M - 1 باشد که نشان دهنده ی تعداد بیت های ارسال شده توسط iامین زیر حامل همراه با یک طول سمبل باشد . بنابراین تعداد کل بیت ها در سمبل OFDM نشان داده شده برابر است با . Tb برابر طول زمان بیت مربوط به داده های سریال ورودی به مبدل S/P می باشد . بنابراین طول زمان سمبل OFDM برابر است با :
دمدولاتور :
مفهوم‌دمدولاتور OFDMبا استفاده از شکل 3.3 میتواند برداشت شود،که تعداد 2M تا ازکرلاتورها (correlators) و یک مبدل موازی به سری ( S/P ) را شامل می شود.
حال چگونگی جداسازی سمبل های اطلاعات a0,b0 از سیگنال ، OFDM ، S(t) را نشان می دهیم . با توجه به شکل 3.3 میبینیم که a0 با ضرب سیگنال OFDM S(t) در2cos(2πf0t) مربوط به اولین‌زیرحامل وسپس انتگرال گیری از نتیجه در فاصله ی زمانی سمبل انجام می شود . پروسه ی بالا میتواند بصورت زیر بیان شود :
از آنجاییکه در سیستم های OFDM فرکانس های زیر حامل بفرم i / TS هستند از معادلات بالا براحتی می توان نشان داد که :
با استفاده از نتیجه ی بالا می توان نشان داد که :
با اشاره به شکل 3.3 ، فاز عمودی سمبل b0 حمل شده توسط اولین زیر حامل f0 می تواند از فرآیند زیر که در بالا توضیح داده شد دمدوله شود .بطور خاص ،
بطور مشابه ، سمبل های دیتای حمل شده توسط زیر حامل های دیگر میتوانند همانند روش دی مدولاسیون مربوط به a0 , b0 دمدوله شوند . بالاخره ، همه ی سمبل های دی مدوله شده جمع شده با تعداد M تا از زیر حامل ها به داخل مبدل S/P وارد می شوند جاییکه آنها تبدیل به سریال می شوند تا دیتای خروجی سریال را شکل دهند .
فرآیند دمدولاسیون بالا نشان می دهد که در دمدولاتور OFDM ، هیچ فیلتر باند گذری که با فرکانس‌های زیر حامل ها تطبیق کند ، نیاز نیست، که تعامد سیگنال های زیرحامل بدست می‌آید . این ویژگی دربر دارنده ی یکی از محاسن استفاده ازOFDM می باشد ، یعنی زمانی که عمل دی مدولاسیون خالی ازاستفاده زیرحامل‌ها از فیلتر های زیرحامل است ، پیچیدگی دمدولاتور می تواند بطور موثری کاهش یابد . با این حال ،همان طور که در زیر اشاره خواهد شد ، در سیستم های OFDM مدولاسیون چند حاملی و دمدولاسیون می تواند با استفاده از عکس تبدیل فوریه ی گسسته ( IDFT ) وتبدیل فوریه ی گسسته ( DFT ) به کمک تکنیک های تبدیل فوریه‌ی سریع با پیچیدگی کم FFT ) ( پیاده سازی شود . بنابراین ، پیچیدگی فرستنده – گیرنده در سیستم OFDM میتواند براحتی ساده سازی شود که این از دیگر محاسن استفاده از OFDM می باشد. .
(نمودار و تصاویر در فایل اصلی موجود است)