Исследование OFDM модуляторов и демодуляторов в сетях телекоммуникации. БАК 2022 Елеулов Алибек. Исследование ofdm модуляторов и демодуляторов в сетях телекоммуникации
 Скачать 3.75 Mb.
|
|
В е ро ят н ос ть ош и б ки Оц е н ка в еро ят н ос ти ош и б ки 5,00E- 03 4,50E- 03 4,00E- 03 3,50E- 03 3,00E- 03 2,50E- 03 - 40 0 40 Полоса 500Гц Полоса Рисунок 3.4. Оценка средней вероятности ошибки при различных рабочих полосах частот в условиях доплеровского сдвига частоты, расстояния между поднесущими 8 Гц и модуляции OFDM-DPSK-8 (8 точек созвездия). Результаты измерения помехоустойчивости в зависимости от величины полосы пропускания по 2 пункту методики приведены в приложении, а также изображены в графической форме для различного расстояния между поднесущими на рисунке 3.5 Рисунок 3.5 Зависимость оценки средней вероятности ошибки на выходе демодулятора от величины рабочей полосы для расстояния между поднесущими 8 Гц при одной и той же общей мощности излучаемого передатчиком сигнала. Однако с увеличением полосы рабочих частот происходит увеличение длины кодового слова и возрастает исправляющая способность кода и, как видно из рисунков 3.5, 3.6, уменьшается вероятность ошибки на бит после декодирования. Рисунок 3.6 - Зависимость оценки средней вероятности ошибки на выходе демодулятора от величины рабочей полосы для расстояния между поднесущими 8 Гц при одной и той же общей мощности излучаемого передатчиком сигнала. Согласно 3 пункту методики испытаний была определена оценка вероятности ошибок. По результатам измерений строились интегральные функции распределения КИД (процент принятых телеграмм с заданным качеством) в сеансе для заданной скорости передачи сообщения. Измерения проводились для модуляции DPSK-8 и полосы 1800 Гц. Энергия, приходящаяся на каждую поднесущую, в этих случаях отличается на 2 дБ при одинаковой мощности излучаемого сигнала. С увеличением полосы КИД будет сохраняться при условии сохранения энергии, приходящейся на поднесущую. Таким образом, увеличив в 12,4 6,2 и 3,4 полосу пропускания и энергию передатчика, можно получить зависимость КИД от мощности излучаемого сигнала в полосе 6200 Гц при скорости передачи 9600 бит/с. На рисунке 3.2.9 приведен график зависимости КИД от мощности излучаемого сигнала, полученный по результатам трассовых измерений КИД для полос 1800 Гц. Рисунок 3.7 - Сравнение теоретической кривой КИД, полученной в хорошем канале с оценкой КИД, выявленной экспериментально для режима OFDM- DPSK-8, скорость кода R=2/3, рабочая полоса 6200 Гц. Общий алгоритм данного метода представлен на рисунке 3.8 Рисунок 3.8 Итеративный алгоритм определения верхней границы доверительного интервала. начало k=1:3 Цикл из 3 итераций p*>0.5 конец p В p p вн1 =p * +0.1p * p вн2 =p * -0.1p * p вн1 =p * +0.1(1-p * ) p вн2 =p * -0.1(1-p * ) kB p * e K B ( ln( P Д )) (− ln(𝑃 в1 )) 𝑘 в (− ln(𝑃 в2 )) 𝑘 в вн2 вн1 Оценка вероятности благоприятного исхода p*=(n-d)/n n-число событий p-вероятность удачного события d -число неблагоприятных событий Аналогичным образом происходят вычисления и для нижнего доверительного интервала, с отличием лишь в том, что P в1 и P в2 заменяются соответственно на 1 − 𝑃 н1 и 1 − 𝑃 н2 На основе рисунка 3.9 можно сделать вывод об исключительно хорошем количественном совпадении графиков зависимости оценок КИД от мощности с кривыми, полученными на имитаторе КВ канала связи. Расхождение значений мощности передатчика не превышают 1 дБ. Рисунок 3.9 Сравнение КИД, полученного методом имитационного моделирования в различных каналах связи для режима OFDM- DPSK-8, скорость кода R=2/3, рабочая полоса 6200 Гц. На основе результатов сравнительного анализа, приведенных на рисунке 3.9, можно сделать следующие выводы: на уровне КИД, равном 0,5, потери в используемой мощности для среднего и плохого каналов относительно хорошего составят 0,8 дБ и 4,7 дБ соответственно; - на уровне КИД, равном 0,7, потери в используемой мощности для среднего канала относительно хорошего составят 1,4 дБ; - увеличением мощности в среднем и плохом каналах связи невозможно поднять предельно допустимое значение КИД выше 0,9 и 0,7 соответственно. - В ходе трассовых испытаний была проверена принципиальная возможность организации связи с более сложными сигнальными созвездиями такими как QAM-64. В полосе 500 Гц значение КИД для такого созвездия равно 34 %. Таким образом, увеличив мощность излучаемого сигнала в 6,2 раза и сделав ее равной 775 Вт и увеличив полосу пропускания в 6,2 раза, становится возможным организация связи со скоростью 9300 бит/с в полосе 3100 Гц с сохранением КИД. - Дальнейшего увеличения скорости передачи можно достичь путем применения более длинного интервала перемежения равного 9.6 с, а также использования более мощных передатчиков, что было подтверждено соответствующими имитационными экспериментами в условиях, заданных по ITU-R хорошего, плохого и среднего каналов связи. Оценка вероятности ошибки производилась при накоплении 500 ошибок, после чего производилось увеличение отношения сигнал/помеха на 1 дБ и испытания проводились снова. При достижении вероятности ошибки 10 -3 испытания прекращались и строилась кривая помехоустойчивости. В испытаниях менялось расстояние между поднесущими, а также тип модуляции (DPSK-8, QAM-16, QAM-32, QAM-64) и скорость турбо кода 1/2, 2/3, 3/4. Результаты Рисунок 3.10 - Кривая помехоустойчивости для случая максимальной скорости, достижимой в хорошем по ITU-R 1487 канале. Рисунок 3.11 - Кривая помехоустойчивости для случая максимальной скорости, достижимой в среднем по ITU-R 1487 канале. Рисунок 3.12 Кривая помехоустойчивости для случая максимальной скорости, достижимой в плохом по ITU-R 1487 канале. - Из данных рисунков следует, что по сравнению с аналогичными существующими некогерентными модемами, обеспечивающими максимальную скорость передачи данных 4800 бит/с, в рассматриваемом модеме можно повысить скорость в условиях хорошего канала до 12290 бит/с, в среднем канале до 7280 бит/с, а в плохом канале до 6340 бит/с. Данный результат был достигнут за счет применения комплекса мер, состоящего из выбора подходящего расстояния между поднесущими увеличения длины перемежения до 9,6 с, что позволяет избегать подряд выпадающих ошибок, а также применения мягких решений с выхода демодулятора и турбо кода. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, по результатам исследований, проведенных в диссертации, можно сделать следующие выводы: - некогерентные модемы, разработанные в диссертации по технологии OFDM, являются перспективными для организации как высокоскоростных, так и высоконадежных радиолиний в связи с их универсальностью при использовании в разных режимах и простотой, вызванной отсутствием эквалайзера; - методом имитационного моделирования было показано, что в однополосном телефонном КВ канале связи, имеющим полосу пропускания - 1.1 кГц, с применением разработанного модема за счет увеличения мощности передатчика возможно достичь предельно высоких скоростей передачи данных 12290 бит/с, 7280 бит/с, 6340 бит/с соответственно в хорошем среднем и плохом среднеширотных каналах связи, определенных рекомендацией Международного союза радиосвязи; - некогерентные методы демодуляции OFDM-сигналов с относительной фазовой манипуляцией во временной области и в частотной области имеют одинаковую помехоустойчивость, однако отличаются оптимальным расстоянием между поднесущими вдоль оси частот; - объединение методов частотной синхронизации на основе апостериорной информации, передаваемой пилот-сигналами, и по минимуму среднеквадратичного отклонения от ближайших точек созвездия, позволяет получить энергетический выигрыш от 1 до 5 дБ для различных созвездий, что было подтверждено как вычислительным экспериментом, так и при проведении натурных испытаний для значений частотного рассогласования от 0 до ±40 Гц; - в ходе проведенных исследований показано, что OFDM-модем сохраняет свою работоспособность при имитации эффекта Доплера в пределах ±40 Гц, что позволяет обеспечить связь с реактивными самолетами, имеющими - скорость «один мах» во всем КВ диапазоне, а для самолетов, имеющих скорость «три маха», в диапазоне до 10 МГц. В принципе, при необходимости программно можно обеспечить компенсацию эффекта Доплера и при большей отстройке от номинальной частоты, например, необходимой для самолетов, имеющих скорость «три маха», 150 Гц; - по сравнению с методом, использующим адаптацию по типу СКК, метод с адаптацией по расстоянию между поднесущими в среднем канале связи обеспечивает выигрыш 0.5 ÷ 2 дБ для скоростей 2400, 4800 бит/с соответственно, в плохом канале связи >2 дБ для скорости 2400 бит/с. Для скорости 4800 бит/с в условиях плохого канала выигрыш составляет 60 % по уровню максимально возможных значений КИД; СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1) Дощанов Е.Х., Землянов И.С. Влияние переходной характеристики передающего устройства на помехоустойчивость OFDM модема «Радиолокация навигация связь". Воронеж, 2014. С. 737-746. 2) Бочечка Г.С. Методы оценки канала, основанные на встраиваемых пилот-сигналах, в системах OFDM // T-Comm. - Телекоммуникации и транспорт. 2009. № 3. 3) Бакулин М.Г., Крейнделин В.Б., Шлома А.М., Шумов А.П. Технология OFDM. 2015. 360 … 4) Prassad R. OFDM for Wireless Communication Systems. Saltzberg: Hardcover, 2004. 280 рp. |