"ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ" N 6, 2015

оглавление

УДК: 621.396.41

Разработка модели системы приема-передачи данных на основе сверхширокополосных сигналов

 

А. А. Капитанов1, П. С. Остапенков1, А. В. Скнаря 2

1 Национальный исследовательский университет "МЭИ"

2 Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

 

Статья получена  11 июня 2015 г.

 

Аннотация.  В статье рассматриваются вопросы, связанные с особенностями разработки в САПР ”Matlab” модели сверхширокополосной системы приема и передачи данных на основе сигналов с ортогональным частотным разделением каналов и учетом особенностей распространения сигналов в канале связи.

Ключевые слова: сверхширокополосные сигналы, широкополосные системы связи, разделение каналов, цифровая обработка широкополосных сигналов.

Abstract. This article describes the questions of ultrawideband communication system modeling based on the orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) channels.

Key words: ultrawideband signals, ultrawideband communication systems,  OFDM, digital signal processing of ultrawideband signals.

 

1.                Введение

В настоящее время сверхширокополосные сигналы широко используются в современных высокоскоростных системах связи стандартов WiMax, LTE, при передаче информации цифрового телевидения (DVB-T) и радио (DRM, DAB), в системах радиолокации и т.д. [1-3]. Использование  сигналов с ортогональным частотным разделением каналов (англ. Orthogonal frequency-division multiplexing, далее в тексте - OFDM) в системах передачи информации позволяет не только повысить информационную емкость системы при ограниченной полосе пропускания, но и скорость приема-передачи данных, приблизив её к пропускной способности канала, увеличить скрытность передачи и помехоустойчивость системы [4, 5].

При разработке системы приема передачи информации всегда приходится искать компромисс между такими параметрами системы как вид цифровой модуляции, число несущих в групповом спектре, величины частотного разноса несущих, длительностями защитного и рабочего интервалов информационного символа и некоторыми другими. Дополнительное влияние на параметры системы будет оказывать и канал связи. В этом случае моделирование системы передачи данных позволяет облегчить разработчику поиск наиболее оптимального решения для конкретной ситуации и провести анализ параметров модулей системы.

В представленной статье описываются особенности разработки модели системы приема-передачи информации на основе OFDM сигналов с различными видами цифровой модуляции и с учетом влияния параметров канала передачи.

Моделирование и расчеты системы и канала связи проводились в пакете ”Matlab”.

2. Структура сверхширокополосной системы на основе OFDM сигналов 

Системы с мультиплексированием с ортогональным частотным разделением каналов использует большое число ортогональных поднесущих, для каждой из которых возможно независимое применение различных схем модуляции и кодирования информационной последовательности.

При разработке модели системы с ортогональным частотным разделением каналов использовался низкочастотный эквивалент OFDM сигнала [1]:

,                                                             (1)                        

где k индекс поднесущей, sk(t) – сигнал на k-поднесущей, Ak – амплитудная составляющая последовательности информационных символов, N – количество поднесущих, T длительность информационного символа.

При разработке OFDM систем передачи данных следует учитывать, что сигналы на k-поднесущих являются ортогональными на тактовом интервале T, но  ортогональность каждой из поднесущих напрямую связана со скоростью передачи данных, и в некоторых случаях спектры сигналов на каждой из поднесущих могут частично перекрываться. Многие OFDM сигналы изначально допускают частичное перекрытие спектров (например, QAM-4, QAM-16 и т.д.).

Эффективное использование спектра частот зависит от вида реализации детектирования данных: когерентное, некогерентное. В представленной модели  реализовано некогерентное детектирование [6].

Передатчик. Процесс формирования OFDM сигналов можно разделить на несколько стадий, которые хорошо реализуются независимо друг от друга как в аппаратной части, так и в плане использования алгоритмов [7].

Условно можно выделить пять основных этапов: преобразователь потока (“Serial