Помехоустойчивость OFDM-системы Опции

[lennen]

Всем здрасьте, вот есть у меня вариант OFDM-системы:
Я дошел до того уровня, что хочу теперь работать не с массивами данных, как у меня сейчас есть, а наиболее близко к реальному времени, то есть просто потоки обрабатывать и отправлять сразу куда-нибудь на программно-определяемую радиосистему, например.
Вот классический график помехоустойчивости OFDM-системы

И тут я понял, что мне нужна поддержка, потому что я не понимаю, как устроена наша теория, то есть что за ерунду в книгах пишут по поводу помехоусточивости. Меня давно терзает такая проблема: если OFDM создана для борьбы с многолучевостью, именно для устранения межсимвольной интерференции в ней используется цикличесий префикс, то помехоустойчивость обязательно зависит от скорости передачи данных. В книжках мы такого не видим - нам дается вот такой вот график
, который ничем не отличается от помехоустойчивости QPSK-системы, но авторы заявляют, что это уже .... OFDM! Я, конечно, понимаю, что тут при той же помехоустойчивости обеспечивается выигрыш в скорости, так как у нас больше поднесущих в случае с OFDM, и именно каждая поднесущая обладает представленной выше помехоустойчивостью. Но если не так - не обижайтесь, поправьте. В чем суть, чего я не понимаю?

Сообщение отредактировал lennen - Oct 1 2015, 05:42

[lennen]

Кстати. Передается многочастотный сигнал (пусть будет 512 поднесущих) со скоростью v1 и сигнал на одной частоте с той же скоростью v1. Скорость на каждой поднесущей будет меньше, и для многолучевого канала, как я понял, это означает, что будет меньше межсимвольных интерференций, замираний, так как замирания не так значительно сдвигают лучи между собой на скоростях v1/512.
Теперь перейдем к каналу АБГШ. Частоты те же, но один информационный символ передается в 512 раз дольше на одной поднесущей по сравнению с 1-частотной системой. Тогда можно сравнить это как просто две одночастотные системы, а потом перейти к сравнению 512 узкополосных систем и одной. По требованиям к мощности понятно, то есть одна система будет излучать в 512 раз слабее другой. Значит она будет давать соответствующую помехоустойчивость. Значит в сумме все 512 систем дают ту же помехоустойчивость и скорость, что и одна узкополосная система, то есть мы используем примерно в 512 больше частотного спектра, выигрыша по мощности нет, но есть выигрыш по мощности каждой поднесущей. Где я ошибаюсь в этих рассуждениях?

ограничения, связанные с пик-фактором

А можно здесь подробнее? Пик-фактор же можно уменьшить на 2> дБ тем же методом Hessien. Этот стандарт, что ли, не учитывает еще современные методы уменьшения PAPR? Или разработчики не хотят заморачиваться этими алгоритмами для спутниковой связи?

Сообщение отредактировал lennen - Oct 6 2015, 13:20

[stealth-coder]

Кстати. Передается многочастотный сигнал (пусть будет 512 поднесущих) со скоростью v1 и сигнал на одной частоте с той же скоростью v1. Скорость на каждой поднесущей будет меньше, и для многолучевого канала, как я понял, это означает, что будет меньше межсимвольных интерференций, замираний, так как замирания не так значительно сдвигают лучи между собой на скоростях v1/512.
Теперь перейдем к каналу АБГШ. Частоты те же, но один информационный символ передается в 512 раз дольше на одной поднесущей по сравнению с 1-частотной системой. Тогда можно сравнить это как просто две одночастотные системы, а потом перейти к сравнению 512 узкополосных систем и одной. По требованиям к мощности понятно, то есть одна система будет излучать в 512 раз слабее другой. Значит она будет давать соответствующую помехоустойчивость. Значит в сумме все 512 систем дают ту же помехоустойчивость и скорость, что и одна узкополосная система, то есть мы используем примерно в 512 больше частотного спектра, выигрыша по мощности нет, но есть выигрыш по мощности каждой поднесущей. Где я ошибаюсь в этих рассуждениях?

Если я правильно понял Ваши рассуждения, Вы считаете, что для передачи сигнала на одной несущей требуется полоса v1 / 512, если v1 выражено в бодах, то это не так: полоса сигнала на одной несущей (в случае PSK модуляции) будет (приблизительно, зависит от фильтра, используемого на передающей стороне) 1.1 * v1, полоса OFDM будет ((v1 * (1 + длина циклического префикса)) / 512) * 512, т.е. при типовой длине циклического префикса 1/8 приблизительно такая же.
Чудес не бывает, в случае канала с АБГШ никакой принципиальной разницы между передачей на одной несущей и OFDM нет: полоса одинаковая, мощность одинаковая, скорость одинаковая, помехоустойчивость одинаковая. Выигрыш в BER проявляется только на многолучевых каналах, за это надо заплатить 1) затратами на обработку 2) некоторым снижением скорости из-за необходимости вставить циклический префикс (отсутствие ЦП нивелирует защиту от многолучевости) либо (что то же самое) повысить скорость передачи (и, соответственно, полосу) для компенсации затрат на ЦП.
Также OFDM позволяет получить некоторые доп. плюшки типа разделения ресурса между несколькими абонентами.

[GetSmart]

в случае канала с АБГШ никакой принципиальной разницы между передачей на одной несущей и OFDM нет: полоса одинаковая, мощность одинаковая

Схемотехника передающего тракта и антенны тоже одинаковые? С учётом большего пик-фактора амплитуды в квадратный корень из кол-ва поднесущих.

[stealth-coder]

Схемотехника передающего тракта и антенны тоже одинаковые? С учётом большего пик-фактора амплитуды в квадратный корень из кол-ва поднесущих.

1. Пик-фактор действительно меняется, правда Ваша.
2. Про схемотехнику затрудняюсь сказать, не специалист.
3. Специальных OFDM антенн не встречал, если дадите ссылочку, с удовольствием ознакомлюсь.

Только вот речь шла о помехоустойчивости, а не о схемотехнике передатчика. Конечно, в жизни проектирование системы связи - это достаточно сложный процесс, требующий принятия большого количества компромиссных решений.

stealth-coder, Вы, как будто, из книжки просто повторяете данные. Вам разве сложнее использовать БПФ на 256 выборок, чем цифровой синтез 256 частот? В чем затраты проявляются-то, разве они больше в случае с OFDM.

1. В Ваших постах я не видел упоминаний о цифровом синтезе многочастотного сигнала, может невнимательно читал, а может не понял написанное Вами.
2. В случае АБГШ канала (т.е. при отсутствии необходимости городить эквалайзеры и прочие радости) формирование и приём классического QPSK/QAM в полосе Х проще, чем OFDM в этой же полосе.
3. А что, в книжках нынче какую-то пургу пишут? Или Вы хотите сказать что я написал это бездумно, просто откуда-то скопипастив?
4. Конечно, БПФ использовать проще, в этом и смысл этого алгоритма - уменьшение количества вычислений, никаких других преимуществ он не даёт.

[GetSmart]

Только вот речь шла о помехоустойчивости...

В этой теме много нюансов, связанных с помехоустойчивостью. OFDM сигнал широкополосный и мощность излучаемая антенной будет равна мощности широкополосного сигнала. Со всеми вытекающими чудесами нестыковками. Как только в цепи прохождения сигнала встречается антенна, то правила расчёта мощности (излучения) меняются и зависят от физики.

[stealth-coder]

В этой теме много нюансов, связанных с помехоустойчивостью. OFDM сигнал широкополосный и мощность излучаемая антенной будет равна мощности широкополосного сигнала. Со всеми вытекающими чудесами нестыковками. Как только в цепи прохождения сигнала встречается антенна, то правила расчёта мощности (излучения) меняются и зависят от физики.

1. Существует понятие "модель" - это когда убираем все, не относящееся к делу на текущем этапе. "Нельзя просто так взять и сделать все сразу". ТС вроде не интересовался вопросом выбора антенны.
2. GSM, UMTS и LTE, будучи представителями трех основных способов формирования сигналов,успешно работают на одни и те же антенны на 900 МГц и на 1800 МГц и я никогда не слышал, чтобы это кого-то напрягало.

Дайте, пожалуйста, ссылку (если таковая существует) на соответствующие исследования.

Возможно, Вы говорите о UWB? Допускаю, что там такая проблема существует, когда диапазонности антенны недостаточно и параметры антенны на краях спектра существенно отличаются от центра.

[GetSmart]

1. Существует понятие "модель" - это когда убираем все, не относящееся к делу на текущем этапе. "Нельзя просто так взять и сделать все сразу". ТС вроде не интересовался вопросом выбора антенны.

Про антенну я спросил только чтобы узнать, нет ли в ней геометрических особенностей, влияющих на геометрию т.н. электромагнитного поля. Суть в том, что у антенны, грубо, одно общее электромагнитное поле и прямая и обратная связь мощности передаётся по нему. Моделировать помехоустойчивость какой-то модуляции, передающейся через антенну или трансформатор нужно исключительно с учётом физики работы этого звена в цепи. Т.к. эти обсуждения происходят публично, то читателя легко ввести в заблуждение неполноценностью модели и расчётов. Применительно к OFDM, из-за более чем одной несущей, мощность, излучаемая в эфир антенной будет грубо равна мощности широкополосного сигнала, а не сумме ЦОС-мощностей всех несущих. Если же передавать каждую несушку по отдельной антенне, разнесённых на достаточные расстояния, то суммарно в эфир излучится похожее на расчитанное по ЦОС значение мощностей. А приёмник имхо не заметит разницы обоих вариантов.

Только OFDM не является широкополосным сигналом.

Я выбрал наиболее близкий термин ЦОС, подчёркивающий аналогию происходящего в антенне. Терминоголия ЦОС заточена под ЦОС и имеет право быть такой. Но в учебниках должно быть большими буквами высечено, т.к. это не очевидно, что в применении её на практике с аналоговыми компонентами вроде антенн и трансформаторов существует своя специфика. Как буд-то ЦОС введена не для этой реальности.

Сообщение отредактировал GetSmart - Oct 13 2015, 18:35

[Grizzzly]

Про антенну я спросил только чтобы узнать, нет ли в ней геометрических особенностей, влияющих на геометрию т.н. электромагнитного поля. Суть в том, что у антенны, грубо, одно общее электромагнитное поле и прямая и обратная связь мощности передаётся по нему.

Какая такая связь мощности передается через электромагнитное поле???

Моделировать помехоустойчивость какой-то модуляции, передающейся через антенну или трансформатор нужно исключительно с учётом физики работы этого звена в цепи. Т.к. эти обсуждения происходят публично, то читателя легко ввести в заблуждение неполноценностью модели и расчётов.

В ЦОС никакой физики нет, она оперирует только с цифрами, здесь одна математика. Про антенну нужно знать для расчета бюджета канала только ее коэффициент усиления. Токовое распределение, входной импеданс, сопротивление излучения, УБЛ и кросс-поляризация никак не помогут выбрать нужные сигнальные параметры.

Применительно к OFDM, из-за более чем одной несущей, мощность, излучаемая в эфир антенной будет грубо равна мощности широкополосного сигнала, а не сумме ЦОС-мощностей всех несущих. Если же передавать каждую несушку по отдельной антенне, разнесённых на достаточные расстояния, то суммарно в эфир излучится похожее на расчитанное по ЦОС значение мощностей. А приёмник имхо не заметит разницы обоих вариантов.

Что такое ЦОС-мощность? Какая разница, как передавать поднесущие? Они независимы. Получение OFDM с помощью FFT - лишь экономия вычислительных ресурсов. Никто не мешает формирвать каналы по отдельности и отдельно же их принимать (в справке MATLAB нарисована именно многоканальная схема с корреляторами).
Кажется, понял. Вы имеете в виду, что каждая из отдельных передающих антенн может иметь более узкую полосу пропускания по сравнению с антенной, которая сразу передает все поднесущие? Ну так вы снова смешиваете понятия широкополосности из ЦОС и понятие широполосных антенн. Поскольку здесь обсуждение про ЦОС, то нужно пользоваться определением, относящимся к сигналам. Кстати, допустим, если вы на 60 ГГц передаете OFDM с полосой в 20 МГц, то такая антенна широкополосной не будет. Конкретных цифр про несущие и спектр в ТС не называл. Да и не спрашивал про аналоговую часть. И еще раз повторю. OFDM - сигнал не широкополосный.

Я выбрал наиболее близкий термин ЦОС, подчёркивающий аналогию происходящего в антенне. Терминоголия ЦОС заточена под ЦОС и имеет право быть такой. Но в учебниках должно быть большими буквами высечено, т.к. это не очевидно, что в применении её на практике с аналоговыми компонентами вроде антенн и трансформаторов существует своя специфика. Как буд-то ЦОС введена не для этой реальности.

Аналогию с чем?