تحقیق مدولاسیون OFDM (docx) 9 صفحه

دسته بندی : تحقیق

نوع فایل : Word (.docx) ( قابل ویرایش و آماده پرینت )

تعداد صفحات: 9 صفحه

قسمتی از متن Word (.docx) :

HYPERLINK "http://plcmodems.blogspot.com/2006/01/ofdm.html" مدولاسیون OFDM - قسمت اول ابتدا با توضیح خیلی مختصری در مورد مدولاسیون QAM یا Quadrature Amplitude Modulation می پردازیم و سپس مدولاسیون OFDM را تعریف می کنم . البته این تعریف ها همچنان کامل نیستند و امیدوارم در پست های آینده به تعریف کاملی برسیم. فرض کنید یک پریود از یک موج سینوسی با یکی از فازهای 0 یا 45 یا 90 یا 135 درجه و دامنه 1 یا 2 داشته باشیم.چون فاز دارای 4 حالت و دامنه دارای 2 حالت است , 8 حالت به وجود می آید.یعنی می توانیم 3 بیت را انتقال دهیم.بدین صورت که به جای 3 بیت اطلاعات, یک پریود موج سینوسی با فرکانسی مشخص(و نسبتا زیاد) و با یکی از فازها و دامنه های گفته شده در بالا ارسال می کنیم. OFDMدر مدولاسیون OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) تعداد زیادی از این شکل موج های تولید شده در روش QAM با استفاده از Carrier هایی(موج های سینوسی با فرکانس بالا) در حوزه فرکانس، به نحوی کنار هم در فرکانس هایی(tone) چیده می شوند که با وجود تداخل فرکانسی آنها، به علت انتخاب مناسب فرکانس های Carrier , امکان جدا سازی آنها به طور کامل وجود دارد. OFDM یک روش مدولاسیون Multicarrier است .یعنی برای ارسال یک پیام از چند Carrier استفاده می شود. یکی از نقاط ضعف OFDM، نیاز به دقت بالای تطابق فرکانس و فاز درگیرنده و فرستنده است.یعنی گیرنده و فرستنده باید با دقت بالایی سنکرون باشند. در عمل، چندCarrier در OFDM برای اطلاعات کانال (channel estimation) و چند بیت اضافه برای یافتن و تصحیح خطا اختصاص داده می شود و اصطلاحا به این روش COFDM (Coded OFDM) گفته می شود. OFDM هم اکنون بیشتر در تکنولوژی وایرلس Wireless مورد استفاد است . این مطلب را تنها با یک جستجو خواهید و بیشتر گویا در تکنولوژی های موبایل گونه کاربرد زیاد دارد . خصوصیت اصلی OFDM , مقاومت بالا در برابر multipath effect است .وقتی سیگنال ارسال می شود، به علت وجود موانعی مانند ساختمان ها , انعکاس موج از زمین, وسایل نقلیه و ... موجی که به گیرنده می رسد حاصل ترکیب نمونه های تاخیر یافته سیگنال اصلی است و به این اثر multipath effect یا multipath fading گفته می شود. استفاده مناسب ازعرض باند کانال(spectral efficiency) و مقامت در مقابل تداخل RF (RF inference) از دیگر مزیت های OFDM است. OFDM قابلیت استفاده چندین کاربر از یک محدوده عرض باند را نیزفراهم می کند (Multiple Access) بدین صورت که به هر کاربر یک سری Carrier (tone) مخصوص برای انتقال اطلاعاتش اختصا ص داده می شود و کنترل این اختصاص Carrier (channel allocation) بر حسب تقاضای کاربرها به عهده لایه MAC (Medium Access Control) است و به دو صورت Static/Dynamic Channel Allocation می باشد. اگر فرکانس های Carrier (tone ها) اخصاص داده شده به یک کاربر در هر دوره زمانی عوض شود، در واقع اطلاعات کاربر در حوزه فرکانس توزیع می شود. مجموعه اطلاعاتی که درمورد OFDM بدست آورده ام در چند پست اینجا اضافه میشه .در ضمن از امروز به بعد سعی می کنم این جا روزانه مطلب نوشته بشه و فکر نمی کنم دیگر از این گونه تاخیر ها داشته باشیم. همچنین در فکر راه اندازی یک گروه ایمیل فارسی در یاهو و جی میل هستیم ، فکر می کنم اگر قرار باشد بیائید و تماشاچی باشید خودتان ضرر خواهید کرد ، تا کنون اعضای گروه به بیش از 10 نفر رسیده است. اگر دوستی تمایل به همکاری دارد با آدرس ایمیل من تماس بگیره یا اگرکه کامنت می گذارید لطفا آدرس ایمیل تان را هم ذکر کنید. مدولاسیون OFDM - در OFDM اطلاعات ارسالی به صورت موازی در آمده و در چند فرکانس مختلف با کاریرهای ( carrier ) متفاوت ارسال می گردد که فاصله این فرکانس ها طوری است که با یکدیگر تداخل نداشته باشند و در نتیجه بر هم عمود خواهند بود . OFDM اولین بار در سال 1960 مطرح شد ، اما به علت اینکه نیاز به پردازش زیادی داشت و پردازنده های آن زمان قابلیت پردازش با سرعت کافی را نداشتند ، عملا به کار گرفته نشد . امروزه با رشد پردازنده ها این تکنولوژی در برخی روش های خصوصی شبکه های بیسیم شهری در استاندارد های جدید شبکه محلی بی سیم ، ADSL و مخابرات با استفاده از شبکه قدرت PLC مورد استفاده قرار گرفته است.ایده اصلی OFDM از FDM گرفته شده است . هر سیگنال دارای یک sub-carrier بوده که با دیتا مدوله می شود . در FDM این فرکانس ها از هم به اندازه مشخصی جدا می شوند تا از تداخل جلوگیری شود . در گیرنده این سیگنال ها دمدوله می شوند . در تصویر زیر می تواند یک FDM را با 9 sub-carrier ببینید. در OFDM فاصله بین فرکانس ها کمتر شده و باهم همپوشانی نیز دارند . به علت تعامد بین فرکانس ها با وجود همپوشانی فرکانسی ، هیچگونه تداخلی ایجاد نمی شود . بابراین در OFDM از باند فرکانسی بهتر استفاده شده است و پهنای باند باند مورد نیاز برای 9 sub-carrier کمتر خواهد شد . این مسئله را در تصویر زیر می توانید مشاهده کنید. برای دمدوله کردن سیگنال OFDM نیاز به DFT داریم . که این امر با استفاده از چیپ های FFT به سادگی انجام پذیر است . در روز های آتی در مورد چیپ های FFT هم احتمالا مطالبی خواهم نوشت. حال اگر از OFDM با تعداد 256 ساب کاریر sub carrier استفاده شود . تعداد 192 تا از آن ها دیتا ، 8 تا پایلوت و 56 تا پوچ می باشند . در ابتدایی ترین شکل ، هر ساب کاریر می تواند خاموش یا روشن باشد که بیانگر یک بیت صفر یا یک بیت از اطلاعات است . البته از روش های مدولاسیون PSK ( phase shift keying ) و QAM ( Quadrature Amplitude Modulation ) برای افزایش تعداد بیت ارسالی در هر sub carrier استفاده می شود . بنابر این در این حالت هر جریا از اطلاعات باید به 192 جریان داده موازی شکسته شود که هر یک با نرخ 1/192 برابر نرخ اصلی ارسال می شود . هر جریان به یک sub carrier نگاشت می شود و توسط PSK و QAM مدوله می گردد . sub carrier های پایلوت یک مرجع برای کاهش شسفت فاز و فرکانس ایجاد می کنند و sub carrir های پوچ امکان ایجاد باند های محافظ و DC را فراهم میسازند. در شکل زیر تصویری از OFDM با 256 ساب کاریر را می توانید ببینید OFDM نوعی مدولاسیون باند پایه است که در واقع به عنوان Coding می توان از آن نام برد. در حال حاضر نمی دانم اطلاعات عزیزان در مورد مباحث مخابراتی تا چه میزان است بنابراین با عذر خواهی از اساتید محترم کل موضوع را به ساده ترین شکل ممکن بیان می کنم.1- مدولاسیون OFDM: این مدولاسیون همانطور که از اسمش پیداست (Orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM  عملیات مالتی پلکسینگ را با استفاده از تقسیم فرکانس البته به صورت Orthogonal اجرا می کند. در این جا ممکن است سوالی مطرح شود که مفهوم Orthogonal در تقسیم فرکانس چیست؟ باید  گفت در واقع این مفهوم که  تعامد(عمود بودن) سیگنالها اشاره دارد به یک تعریف ریاضی بر میگردد که در آن هرگاه دو تابع سینوسی  در هم ضرب شوند ، انتگرال این حاصلضرب بر روی هر پریود زمانی برابر صفر خواهد بود. در این جا سوال دیگری نیز مطرح می شود که این موضوع چه کمکی به ما می کند: اگر کمی از لحاظ تاریخی به عقب برگردیم می بینیم پیش از این نوعی مدولاسیون در صنایع نظامی استفاده می شده که به آن Multi tone می گفتند یعنی یک بازه فرکانسی را به چندین فرکانس حامل یا به عبارت علمی تر زیرحامل(Sub Carrier) تقسیم می کردند و بر روی هرکدام از این زیر حامل ها بخشی از اطلاعات را ارسال میکردند. مزیت این روش یکی ارسال دیتا به صورت موازی بود و دیگر غلبه بر محو شدگی فرکانس گزین (Frequency Selective Fading) چرا که در این حال هر قسمتی از دیتا روی بازه ی کوچکی از باند فرکانسی حمل می شود که این نوع محو شدگی روی این بازه ی کوچک عملا به صورت خطی ظاهر می شود و قابل جبران شدن و نهایتا استخراج سیگنال است. حال ببینیم تعامد یا Orthogonality در این میان چه نقشی را باز ی میکند و چه اثر مثبتی در سیستم ایجاد میکند. در واقع مدل OFDM مدولاسیون Multi Tone  باعث میشود که هرکدام از این زیر حاملها "دو به دو " با هم متعامد باشند و نتیجاتا بد دلیل قابلیت تفکیک پذیری زیرحامل ها که متاثر ازین خاصیت به وجود می آید میتوان آنها را به گونه ای در کنار هم چید که بر روی هم همپوشانی داشته باشند چیزی که در حالت Multi Ton  امکان نداشت. براحتی می توان دریافت که بر اساس این قابلیت منطقا در یک بازه فرکانسی نسبت به حالت Multi Tone میتوان تعداد بالاتری از زیرحاملها ایجاد کرد و این خود به معنی امکان ارسال نرخ بیت بیشتر در پهنای باند فرکانسی کمتر است مثلا ارسال 30Mbps در 6MHz که نسبت این دو یعنی عدد 5 بعنوان بهروری فرکانسی مطرح می شود. البته این بخشی از توانایی های این نوع مدولاسیون است توانایی غلبه بر Multi path Fading، Frequency Selective Fading،...  از دیگر مزایای استفاده از این سیستم است . ناگفته نماند که در عین حال این سیستم نسبت به رفتارهای غیر خطی بخصوص در حوزه ی فاز سیگنال بسیار حساس و آسیب پذیر است به همین دلیل معمولا تقویت کننده های توان در این نوع سیستم ها بسیار گرانقیمت تر از نوعی است که در مدولاسیونهای دیگر مثل DSSS یا FHSS (طیف گسترده)  استفاده می شوند. قابل ذکر است که همانطور که در ابتدا گفته شد OFDM نوعی Coding باند پایه است و برای ارسال آن باید از یکی از روشهای DPSK، QPSK ، یا nQAM که (....n=16,64,128) استفاده کرد.2- نحوه ی اجرای این نوع مدولاسیون نیز البته بسیار جالب است، با استفاده از خاصیتی که در تبدیل فوریه( این مفاهیم در دروس ریاضی مهندسی، سیگنال سیستم وDSP بحث میشود) وجود دارد می توان برا ی ایجاد چنین هسته پردازشی استفاده کرد. البته با توجه به تفاوتهای جزئی بین IFFT , FFT یا همان Inverse Fast Fourier Transform معمولا در مدولاتور از IFFT و در دمدولاتور نیز از FFT برای بازیابی سیگنال استفاده می کنند. شبيه سازي كانال PLCدر مدولاسيون باند پهن OFDM استفاده از شبکه برق برای اهداف کنترل، نگهداری و ارزیابی کارکرد خدمات عمومی تاریخچه ی بلند مدتی را داراست. آزادسازی مخابرات و حذف محدودیتهای بر استفاده ازسیستم الکتریکی برق به توانایی کاربرد ساختار وسیع برق برای استفاده بهینه در دسترسی شبکه محلی ابعاد تازه ای بخشیده است. همچنین ایجاد و رشد اینترنت، نیاز برای سرویسهای مخابرات دیجیتال تقریبا در هر مکانی را شتاب داده است. اگر چنین سرویس هایی را بتوان بر روی شبکه توزیع برق میسر نمود، به حقیقت یک شاهراه اطلاعاتی جهانی با توانایی ایجاد ارتباط میان هر خانه، کارخانه، دفتر و اداره ای تحقق می یابد. شبکه توزیع برق یک سیستم اتصال جهانی را شامل می شود، اما به قصد مخابرات ساخته نشده است. تغییر میزان امپدانس و تضعیف به دلیل قطع و وصل لوازم الکتریکی بسیار رخ می دهد. تداخل متغیر با زمان از منابع مختلف منجر به عملکرد بسیار ضعیف این سیستم می گردد. بنابراین توانایی ارسال محدود است و در نتیجه محدودیت شدید پهنای باند، توان و سطوح بالای نویز را سبب می گردد. در این پروژه برآن تا به بررسی سیستم مخابرات PLC برای ارسال نرخهای بالای داده بپردازیم. مشخصات کانال را مورد بحث قرار خواهیم داد و مدلی برای شبیه سازی آن ارائه خواهیم کرد. سپس استاندارد HomePlug 1.0 را معرفی خواهیم کرد و در نهایت توسط شبیه سازی کامپیوتری مشخصات سیستمی، نرخ داده و خطا، را بر حسب مشخصات کانال بدست خواهیم داد. در پایان نیز بررسی این نتایج خواهیم پرداخت.