Ортогонал ташувчили частота зичлаштириш усули (ofdm)

Ортогонал ташувчили частота зичлаштириш усули (OFDM)

OFDM модуляциялаш турини қўллашда маълумотлар оқими кўп сонли ташувчилар ёрдамида узатилади. Бу ҳолатда рақамли юқори тезликли оқим кетма-кет алоҳида узатилувчи кўп сонли паст тезликли оқимларга бўлинади. Ташувчилар сонининг кўплиги эвазига бирламчи оқим кетма-кетлигига нисбатан ҳар бир параллел оқимлардаги символлар давомийлиги минг мартагача бўлиши мумкин. Символларнинг бундай катта узунликда бўлиши интерференция натижасида пайдо бўладиган символлараро бузилишлардан яхши ҳимоялайди, чунки қайтган сигнал унинг маълум қисми сифатида эмас, балки бутун сигналга таъсир қилади. OFDM усули маълумот узатиш учун модуляцияланган ва асосий частотага каррали бўлган махсус диапазонларда ортогонал ташувчилардан фойдаланади. Амалиётда ташувчилар частотаси қуйидаги ифодага тенг:

,
бу ерда - частотали зичлаштириш амалга ошириладиган интервал бошланиши;
n – 0 дан (N-1) гача бўлган тўлиқ N диапазондаги ташувчилар сони;
битта символ узатиш интервал даври.
Ортогоналлик шартини бажариш учун ташувчилар орасидаги частотали тарқоқлик доимий ва 1/ га тенг бўлиши лозим. Бундай ҳолатда марказий спектрдаги барча ташувчилар спектридаги модуляцияланган ташувчилар спектри 0 сатҳдан ўтади ва қабулдаги демодуляция жараёнига халақит бермайди. Қўшни ташувчилар орасидаги ўзаро халақит уларнинг ён полосалари ўзаро кесишганда ҳам нолга тенг бўлади. Бу жараён ТВ канал частота полосасидан назарий кўрсатгичга яқин ҳолда самарали фойдаланиш ва узатиш кенглигини фильтрлаш усулига нисбатан 2 карра ошириш имконини беради (полосали фильтлар ёрдамида ташувчиларни алоҳида каналларга ажратишнинг анъанавий усули бўлиб, ташувчилар модуляцисида уларнинг ён полосалари кесишмаслиги лозим).
OFDM модуляция турининг принципиал схемаси 7-расмда келтирилган.

7 – расм. OFDM модуляция тури қурилмасининг функционал схемаси.

Авваламбор, маълумотлар узатилаётган кетма-кет оқим N та кўп сонли параллел оқимларга трансформацияланади. Ҳар бир параллел оқим ўзининг модуляторига тушиб, ортогонал ташувчилардан биттаси ёки маълум бир турдаги модуляцияга (QAM – 16, QAM – 64, QPSK) учрайди. Шундай қилиб, ҳар бир ташувчи маълумотлар оқими ташувчилар сони N га тенг марта қисқартирилган оқимни ташийди. Модуляцияланган ортогонал тебранишларни қўшганда натижавий OFDM сигнал шаклланади.

Ҳаттоки унчалик юқори бўлмаган маълумот оқими тезликларида ҳам символлараро бузилишлар содир бўлиши мумкин. Бундай бузилишга қарши курашиш учун ҳар бир узатилаётган символ олдидан ҳимоя интервалини қўшиш лозим. Ўз ўрнида ушбу ҳимоя интерваллари тузилиши қабул қилинувчи ташувчиларнинг ортогоналлигини сақлаб қолиши лозим. Ҳимоя интервалларида фойдали сигнал фрагменти жўнатилади, бу эса ўз навбатида қабул қилинаётган сигнал ташувчисининг ортогоналлиги сақланишини кафолатлайди. OFDM усули символлараро бузилишларга анча халақитбардош ҳисобланади, чунки ҳар бир канал ости символи етарлича узунликка эга.
Ташувчилар сони бир неча мингга етганида бундай турдаги функционал схемани амалда йиғиш муаммоси пайдо бўлади (расм 6). 8000 та ташувчи тебранишлар синтезаторлари ва 8000 та модуляторлардан фойдаланиб бундай турдаги схемани йиғишда унинг ўлчами катталиги жуда ҳам ошиб кетишига ва амалиётда бундай тизимни жорий қилишнинг умуман иложи йўқлигига олиб келади. Лекин алгоритмлар ва Фурье қатори асосида интеграл процессорлар схемаларини саноат миқёсида ишлаб чиқилиши ушбу муаммони ҳал қилишга ёрдам беради (расм 8), чунки баъзи бир коэффицентларни турли частоталар гармоник тебранишларига кўпайтириш ва ҳосил бўлган натижаларни йиғиш тескари Фурье алмаштиришдан бошқа нарса эмас. Тескари тезкор Фурье алмаштириш коэффицентларини паралеллаштириш маълумотлар оқимини ҳисоблаш учун қўлланилади. Барча ҳисоб китоблар рақамли кўринишда амалга оширилганлиги учун РАЎ (рақамли аналог ўзгартиргич) талаб қилинади. Демодуляция жараёни тўғри Фурье алмаштириш базасида амалга оширилади, бу ерда ТФА- тезкор Фурье алмаштириш қурилмаси. Албатта киришда АРЎ (аналог рақамли ўзгартиргич) бўлиши лозим. Кўпчилик тезкор Фурье алгоритмларида қайта ишланаётган массив ўлчами 2 га каррали бўлади. Шунинг учун массив ўлчами N=8192=8k ёки N=2048=2k (бу ерда k = 1024) бўлган ҳолатларда қўлланилиши мумкин. Таклиф қилинаётган иккита режимларда мос равишда 6817 ва 1705 ташувчи қўлланилади, лекин Фурье алмаштириш массивига кўра мос равишда 8k OFDM ва 2k OFDM деб номланади.

Расм 8 – OFDM туридаги модуляция ва демодуляция функционал схемаси, тўғри ва тескари Фурье алмаштириш

2k режими битта узатгичли эшиттиришлар ва узатгичлар орасида масофаси чегараланган кичик бир частотали тизимлар учун қулай. 8k режими эса катта бир частотали тизимлар қуришда қўлланилади. 8 МГц полоса кенглигига эга алоқа каналида OFDM модуляцияси 7,61 МГц полосани эгаллайди, ташувчилар фарқи эса 4464 Гц (2к режимда) ва 1116 Гц (8к режимда) бўлади.

Ўтказилган тажрибалар шуни кўрсатдики, 8k режими 2k режимига нисбатан импульсли халақитларга бардошлироқдир, бу ҳолат 8k режими символи 2k режим символига нисбатан 4 баробар узунлиги билан акс этади.
OFDM усулида модуляцияланиб узатиладиган сигнал кадрларга бўлинган. 4 та кадр суперкадрни ҳосил қилади. Ҳар бир кадр 68 та символдан иборат, ҳар бир символ – 6817 та ташувчидан иборат (8k режими = 8192) ҳамда улардан бир қисми синхронлаш ва бошқариш мақсадида қўлланилади. Фойдали ташувчилар сони 6048 та, 2k режими учун эса 2k = 2048, 1705 та ташувчидан 1512 таси фойдали ташувчи ҳисобланади.