Формирование OFDM сигналов

Основные положения стандарта IEEE 802.11a

Стандарт IEEE 802.11a ориентирован на работу в диапазоне 5 ГГц (в области 2.4 ГГц его аналог – IEEE 802.11g) и основан на технологии OFDM. В соответствии с этой технологией информация единовременно передается по многим поднесущим частотам, образующим канал. В канал IEEE 802.11a в 20-МГц каналах используются 52 поднесущих, однако их номинальное число (выбирается из соображений удобства преобразования Фурье) принимается равным 64. Таким образом, интервал между поднесущими , а сами поднесущие можно представить как

, где . (1)

Центральная поднесущая не используется (ее амплитуда всегда равна нулю). Поднесущие модулируются посредством квадратурной амлитудно-фазовой модуляции: 2-, 4- 16- и 64-позиционной BPSK, QPSK, 16-QAM и 64-QAM, соответственно. Сигнал удобно представлять в комплексной форме:

. (2)

Соответственно, суммарный сигнал на всех поднесущих можно записать как

. (3)

Здесь - комплексная амплитуда k-ой поднесущей, мнимая и действительная составляющие которой соответствуют квадратурному (Q) и синфазному (I) каналам квадратурной модуляции. Значения этих составляющих выбираются в соответствии с диаграммами Грея (рис.1), исходя из потока информационных битов. Заданным значениям этих битов соответствует OFDM-символ, представляющий собой совокупность всех поднесущих на дискретном интервале длительностью .

Рис.1. Представление модуляционных символов

для BPSK, QPSK и 16-QAM

Информационная емкость OFDM-символа определяется типом модуляции и числом информационных поднесущих. Из 52 поднесущих в стандарте IEEE 802.11а для передачи данных используются 48, остальные четыре поднесущие - пилотные. Следовательно, емкость OFDM-символа составляет , где равен двоичному логарифму от числа позиций модуляции. Таким образом, OFDM-символ содержит от 96 до 288 бит. Отметим, что если используется промежуточная частота и перенос в рабочую частотную полосу происходит аппаратно (например, посредством гетеродина), можно принятьи исключить ее из (3).

OFDM-модуляция обладает мощным средством борьбы с межсимвольной интерференцией, проявляющейся в том, что из-за множественных переотражений в приемник одновременно поступают два смежных символа - прямо распространяющийся и "запоздавший". Это ведет к потере символов. В случае OFDM-модуляции, которая допускает небольшую скорость передачи данных на одной поднесущей, в каждый OFDM-символ добавляется защитный интервал GI. В стандарте IEEE 802.11а его длительность равна . Следовательно, длительность всего символа. Защитный интервал транслируется в начале OFDM-символа и представляет собой копию его последних .

Сформированный OFDM-символ в виде совокупности значений подвергается обратному быстрому преобразованию Фурье (ОБПФ), в результате чего (после цифро-аналогового преобразования) формируются выходные синфазный и квадратурный сигналы. Далее следует типичная обработка - квадратурный модулятор, гетеродин для переноса сигнала в заданную область (если это необходимо), и выходной антенный усилитель (рис.2).

Рис. 2. Схема формирования сигналов в стандарте IEEE 802.11a

Входной поток данных перед модуляцией подвергается скремблированию (рандомизации) посредством перемножения на псевдослучайную последовательность (ПСП).

После скремблирования поток данных поступает на сверточный кодер. Исходя из выбранной скорости передачи данных, скорость кодирования может составлять 1/2, 2/3 и 3/4. Напомним, скорость кодирования - это отношение числа битов в пакете до и после кодера (скорость кодирования = 1/2 означает, что каждый входной бит после кодирования превращается в два бита). Поскольку у кодера два выхода, каждому входному биту соответствует пара выходных битов (). Значения скорости кодирования, отличные от 1/2, получаются путем исключения из выходной последовательности отдельных значений или (процедура выкалывания).

Далее поток кодированных битов подвергается перемежению (интерливингу) - изменяется порядок битов в последовательности в рамках OFDM-символа.

После интерливинга последовательность битов разбивается на группы по числу позиций выбранной квадратурной модуляции (1; 2; 4 или 6), и в соответствии с диаграммами Грея определяются значения синфазной (младшие биты) и квадратурной (старшие биты) составляющих комплексных амплитуд. Полученные из диаграмм Грея значения амплитуд умножаются на нормировочный коэффициент ,, , для QPSK, 16-QAM и 64-QAM, соответственно. Совокупность различных видов модуляции поднесущих и скоростей кодирования и определяет диапазон скоростей передачи данных (табл.1).

Таблица 1. Параметры OFDM – символов для различных

скоростей передачи данных в стандарте IEEE 802.11a

Дата добавления: 2014-01-20