1. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
بخش پنجم
روش مالتی پلکس OFDM
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

2. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
جایگاه مدولاتور OFDM
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

3. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مقدمه(1)
آنچه سبب توجه به شیوه های نوین مالتی پلکس گردید:
نرخ بیت بسیار بالای داده های مورد نظر برای انتقال
بهبود استفاده از پهنای باند
اثرات محدود کننده انتشار چند مسیره که توان ارسال نرخ بیت بالا را بسبب ISI کاهش میدهد , ]ُهنگامی به حالت بحرانی میرسد که max>>S باشد، که در چنین مواقعی اکولایزیشن بسیار مشکل خواهد بود.
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

4. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مقدمه(2)
یک راه حل استفاده از شیوه چند کاریرmulti-carrier به جای تک کاریر single carrier است:
اما اشکال این شیوه ICI (Inter-channel Interference) میباشد که با استفاده از کاریر های متعامد orthogonal Multi-Carrier Transmission (OFDM) این مشکل مرتفع می گردد:
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

5. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ارتوگونالیتی
قبلا در حوزه زمان دیدیم توابع سینوس و کوسینوس ارتوگونال هستند، اگر در دایره مثلثاتی به این دو تابع نگاه کنیم، همواره دو بردار عمود هستند که با سرعت  میچرخند. اگر به شکل آنها نیز نگاه کنیم هنگامیکه یکی max(یا min)است دیگری از دامنه صفر برخوردار است.
برای هر دو سیگنال نیز میتوان در حوزه فرکانس نیزتعامد را قائل شویم:
همانطور که میدانیم یک سیگنال سینوسی که در بازه زمانی محدودی(0,Tu) قرار دارد دارای طیف سینک شیفت یافته ایی حول فرکانس سینوس میباشد و صفرهای این طیف بطور تناوبی، در فواصل 1/Tu تکرار میشوند حال اگر فرکانس دو پالس همزمان به فاصله از هم باشند این دو طیف متعامد خواهند بود:
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

6. روش های مالتی پلکس دیجیتال- OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
با توجه به دو ویژگی انتقال سیگنال به شیوه DVB-T که عبارت از (الف)حجم بالای داده و (ب) امکان وقوع فیدینگ گزینشی در دریافت پرتابل و موبایل، تنها شیوه ایی که قابلیت غلبه بر این مسایل را بطور ذاتی دارا بود ، شیوه ایی بنام OFDM میباشد.
اگر مدولاسیون را یک نگاشت اطلاعات بصورت تغییرات فرکانس، دامنه و یا فاز کاریر بدانیم، مالتی پلکس در واقع روشی مبتنی بر تسهیم پهنای باند بین چندین کانال دیتای مستقل از هم می باشد.
اما تکنیک OFDM ترکیبی از هر دوی مدولاسیون و مالتی پلکس میباشد، مالتی پلکس عموماً بر ایجاد رابطه بین سیگنالهای مستقلی که توسط منابع مستقل تولید شده باشند اشاره دارند.
در OFDM تفاوتی که با مالتی پلکس دارد اینست که، سیگنالهای مستقل از منابع مستقل تولید نشده و در واقع زیر مجموعه ائی از یک سیگنال اصلی و مادر می باشند.
در ادامه مراحل تولید سمبل های OFDM بطور مفصل ارایه میگردد.
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

7. مشخصات مربوط به کانال با پهنای باند 7MHz
مراحل اجراءOFDM(1)
1) ابتدا دنباله بیت های ورودی با نرخ بیت Rb بر اساس اینکه از چه مدولاسیونی استفاده شود(مثلا 16QAM)، طی فرآیند Parallel to Serial به کدواژه هایی kبیتی دسته بندی شده و هر کدواژه در کانستلیشن مربوطه اش متناظر با یک کاریر با دامنه و فاز منحصر بفرد خواهد بود.
2) در مرحله بعد این کدواژه ها به تعداد تعریف شده مدهای 2kو یا 8k در یک بافر زمانی با طول زمانی Tu و تعداد جایگاه مشخص مد مربوطه، نگهداری میشوند.
مشخصات مربوط به کانال با پهنای باند 7MHz
3)پس از پر شدن بافر فوق(زمان Tu) بطور یکجا این اطلاعات (Ii ,Qi)ها در جایگاههای فرکانسی معینی که ساب کانال های OFDM نامیده میشوند نگاشت میگردند، این عمل بطور نرم افزاری طی آلگوریتمی بنام IFFT اجرا میگردد.
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

8. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مراحل اجراءOFDM(2)
پس از این عملیات در حوزه زمان سیگنالی با زمان حضور Tu پدید می آید که آنرا سمبل OFDMمینامیم.
4) برای افزایش حفاظت زمانی سمبلهای OFDM پس از تولید هر سمبل، با هدف تامین مصونیت زمانی در برابر ISI، باندازه مشخصی درنگ نموده که به آن Guard Interval گفته میشود و معمولاً کسری از Tu میباشد و با ∆ نمایش داده میشود.
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

9. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
مثال:
مدولاسیون 4-QAM را در نظر میگیریم ، در اینصورت در هر TQAM که برابر 2Tb میباشد، صرفنظر از اینکه سمبل چه باشد،یک سیگنال داریم که با دو دامنه ولتاژی افقی و عمودی(Quadrature) متمایز قابل تعریف است: Symbol=(Ii ,Qi)
در مرحله بعد به جای تولید سریال نمونه های QAM با فرکانس های یکسان و در زمان های پشت سرهم، ابتدا اطلاعات IوQ چهارنمونه پی در پی را ذخیره و بطور یکجا چهار کاریر فرعی با چهار فرکانس مشخص و دامنه و فاز متناظر با نمونه های ذخیره شده QAM بهمراه دو کاریر پایلوت در ابتدا و انتهای کانال ارسال میکنیم.
این عمل در واقع همان IFFT میباشد که اینجا نقاط IFFT برابر 6 نقطه میباشد.
در ادامه به تشریح فرآیند IFFT خواهیم پرداخت.
نتیجه: با دو تکنیک در دو مرحله افزایش راندمان پهنای باند محقق گردید.
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

10. مثال(ادامه): Pilot 1,0 1,1 0,1 1,0 Pilot Pilot#1 Pilot#2 (0,1) (1,0)
(1,1)
(1,0)
Pilot#2

11. یادآوری تبدیل فوریه سیگنالهای پیوسته
نگاشتی از زمان به حوزه فرکانس برای توابع (سیگنالهای پیوسته زمان (نا متناوب))تبدیل فوریه نامیده میشود:
Continuous Fourier Transform:
Analogue Fourier Transform
بینهایت نمونه پیوسته زمان
بینهایت نمونه پیوسته فرکانس
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

12. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
تبدیل فوریه توابع مشهور (1)
Gaussian
Gaussian
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

13. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
تبدیل فوریه توابع مشهور (2)
Sinc function
Square wave
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

14. تبدیل فوریه سیگنالهای گسسته(دیجیتال) DFT
نگاشتی از زمان به حوزه فرکانس برای توابع (سیگنالهای گسسته زمان (نا متناوب))تبدیل فوریه نامیده میشود:
Discrete Fourier Transform:
Discrete Fourier Transform
N نمونه گسسته زمانی
N نمونه گسسته فرکانسی
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

15. بلوک دیاگرام یک سیستم فرستنده OFDM
بطور معادل میتوان عملکرد مدولاتور OFDM را بصورت زیر، معادل با ایجاد یک طیف مصنوعی در یک محدوده زمانی Tu متناظر دانست:
Serial
Data
Stream
BPF
M-QAM
Encoder to
Parallel
Converter
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

16. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
تبدیل فوریه سریع FFT(1)
تبدیل FFT الگوریتمی است عددی که نمونه های فرکانسی DFT را بر اساس نمونه های محدود زمانی سیگنال (در یک زمان محدود که پنجره زمانی میگویند) با سرعت بالایی محاسبه میکند. قادرست طیف سیگنال را در یک فضای گسسته بر اساس دقت مدنظر ما تخمین بزند.
در واقع این فرآیند سبب پدیدآمدن یک سمبل OFDM در حوزه زمان و در زمان معین Tu، از روی تعداد معین زوج های (I,Q) خروجی مدولاتور QAM میگردد.
این تعداد معین که نقاط IFFT خوانده نیز میشوند در مد 2k و8k بترتیب زیر میباشند:
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

17. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
تبدیل فوریه سریع FFT(2)
نتایج FFT یک سیگنال سینوسی نمونه برداری شده با زمان حضور 0 تا 30s به کمک MATLAB با تعداد نقاط نمونه برداری”N=64 & 128”ارایه شده است.
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

18. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ملاحظات طراحی OFDM(1)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

19. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ملاحظات طراحی OFDM(2)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

20. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ملاحظات طراحی OFDM(3)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

21. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ملاحظات طراحی OFDM(4)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

22. Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh
ملاحظات طراحی OFDM(5)
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

23. بلوک دیاگرام یک سیستم گیرنده OFDM
BPF
BPF
Parallel to
Serial
Converter
Output
Data
M-QAM
Demodulator
BPF
BPF
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

24. سیستم فرستنده رادیوی دیجیتال DAB
Service
Information
FIC
Trans-
mission
Multi-
plexer
Multiplex
Information
OFDM
Trans-
mitter
MSC
Multi-
plexer
Audio
Services
Audio
Encoder
Channel
Coder
Radio Frequency
Packet
Mux
Channel
Coder
Data
Services
FIC: Fast Information Channel
MSC: Main Service Channel
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh

25. استانداردهای و کاربردهای COFDM
Autor:Seyed Mohammad Reza Razavizadeh