Texnologiyalari universiteti

OFDM va OFDMA texnologiyalari

OFDM texnologiyalari. Keng polosali radiotizimlarda raqamli kanal uchun asosiy buzuvchi omil ko‘p nurli qabul qilishdan halaqitlar hisoblanadi. Bu halaqitlar turi ko‘p qavatli inshoatli shaharlarda radiosignalni binolar va boshqa inshoatlardan ko‘p martalik qaytishi tufayli efirli qabul qilish uchun juda xarakterli hisoblanadi. Bunday qaytishlar natijasida o‘sha bir signal qabullagichga turli yo‘llar orqali tushishi mumkin. Turli tarqalish yo‘llari turli uzunliklarga ham ega va shuning uchun signalning kuchsizlanishi bir xil bo‘lmaydi. Natijada qabul qilish nuqtasidagi natijaviy signal turli amplitudali va bir- birlaridan nisbatan vaqt bo‘yicha surilgan ko‘plab signallarning superpozitsiyadan (interferensiyasidan) iborat bo‘ladi, turli fazali signallarni qo‘shilishiga ekvivalent bo‘ladi. Agar uzatkich tashuvchisi ν chastotali va A amplitudali y_in=Asin2πνt garmonik signalni tarqatayotgan bo‘lsa, u holda qabullagichda quyidagi signal qabul qilinadi:

bu yerda t_i – i-nchi yo‘l bo‘yicha signalning tarqalishini kechikishi (2.4-rasm).

Ko‘p nurli interferensiyaning natijasi qabul qilinadigan signalning buzilishi hisoblanadi.

2.4- rasm. Signalni ko‘p nurli tarqalishi modeli

Ko‘p nurli interferensiya har qanday signallar turlari uchun xarakterli bo‘lib, ayniqsa u keng polosali signallarga salbiy ta’sir qiladi. Ish shundan iboratki, keng polosali signal ishlatilganida interferensiya natijasida ma’lum chastotalar sinfaz qo‘shiladi, bu signalning ortishiga olib keladi, ayrimlari esa, aksincha, qarama qarshi-fazada qo‘shiladi va bu chastotadagi signallarni kuchsizlanishiga olib keladi (2.5- rasm).

Signallarni uzatilishida vujudga keladigan ko‘p nurli interferensiya haqida gapirilganida ikkita chegaraviy holga ajratiladi.

Signalning kengligi Signalning kengligi

Uzatilgan signal spektri Qabul qilingan signal spektri

2.5- rasm. Ko‘p nurli interferensiyaning mavjudligi hisobiga signalning buzilishi
Birinchi holda turli signallar orasidagi maksimal kechikish bitta simvolning davomiyligi vaqtidan ortiq bo‘lmaydi va interferensiya bitta uzatiladigan simvol chegaralarida vujudga keladi. Ikkinchi holda turli signallar orasidagi maksimal kechikish bitta simvolning davomiyligi vaqtidan ortiq bo‘ladi va interferensiya natijasida turli

simvollarga ega bo‘lgan signallar qo‘shiladi va simvolaro interferensiya (Inter Symbol Interference, ISI, 2.6- rasm) vujudga keladi.

Bitta simvolning davomiyligi (Т davr)


Тo’g’ri ketma-ketlik

Kechiktirilgan ketma-ketlik

Ichki simvolli interferensiya ^Simvollararo

interferensiya

2.6- rasm. Simvolaro interferensiya va simvollar ichki interferensiyaning vujudga kelishi
Signalning buzilishiga simvollararo interferensiya eng salbiy ta’sir ko‘rsatadi. Modomiki, simvol bu tashuvchi chastotasi, amplitudasi va fazasi qiymatlari orqali xarakterlanadigan signalning diskret holati ekan, u holda turli simvollar uchun signalning amplitudasi va fazasi o‘zgaradi, shuning uchun dastlabki signalni qayta tiklash juda murakkab bo‘ladi. Buni oldini olish, aniqrog‘i, ko‘p nurli tarqalish samarasini qisman kompensatsiyalash uchun chastotaviy ekvalayzerlar qo‘llaniladi, lekin simvollar tezligini ortishi hisobiga yoki kodlash sxemasining murakkablashishi hisobiga ma’lumotlarni uzatish tezligini ortishi bilan ekvalayzerlardan foydalanish samaradorligi kamayadi.

Shuning uchun 4G standartlarda tamoyilial boshqa ma’lumotlarni kodlash usuli ishlatiladi, u shundan iboratki, uzatiladigan ma’lumotlar oqimi chastotalar nimkanallari ko‘pligi bo‘yicha taqsimlanadi va uzatish bu barcha nimkanallarda parallel olib boriladi (2.7- rasm) [14].

Bunda yuqori ma’lumotlarni uzatish tezligiga aynan barcha kanallar bo‘yicha ma’lumotlarni bir vaqtda uzatilishi hisobiga erishiladi, alohida nimkanaldagi uzatish tezligi esa yuqori bo‘lmasligi ham mumkin. Agar i-nchi kanaldagi uzatish tezligi S_i bilan belgilansa,

u holda N kanallar orqali umumiy uzatish tezligi quyidagiga teng bo‘ladi:

Binobarin, chastotalar nimkanallaridan har birida ma’lumotlarni uzatish tezligini uncha yuqori bo‘lmagan qilish mumkin, bu simvollararo interferensiyani samarali so‘ndirish uchun zamin yaratadi.

Bitta tashuvchi Ko’plab tashuvchilar

2.7- rasm. Bitta tashuvchili (a) va OFDM(b) radiosignal spektri Kanallar chastota bo‘yicha ajratishda alohida kanalning kengligi

bir tomondan, alohida kanal chegaralarida signalning buzilishini minimallashtirish uchun etarlicha tor, boshqa tomondan esa talab qilinadigan uzatish tezligini ta’minlash uchun yetarlicha keng bo‘lishi kerak. Bundan tashqari, nimkanallarga bo‘linadigan kanalning butun polosasidan tejamli foydalanish uchun iloji boricha chastotalar nimkanallarini zich joylashtirish kerak, lekin bunda kanallarning bir- birlariga to‘liq bog‘liq bo‘lmasligini ta’minlash uchun kanallararo interferensiyaning oldini olish kerak. Sanab o‘tilgan talablarni qoniqtiradigan chastotalar kanallari ortogonal kanallar deyiladi. Barcha chastotalar nimkanallaridagi tashuvchi signallar (aniqrog‘i, bu signallarni tavsiflaydigan funksiyalar) bir-birlariga ortogonal bo‘ladi. Matematik nuqtai nazardan funksiyalarni ortogonalligi qandaydir intervalda o‘rtachalashtirilgan ularning ko‘paytmasi nolga teng bo‘lishini bildiradi. Bu holda bu oddiy quyidagi munosabat orqali ifodalanadi:


bu yerda T – simvolning davri, f_k,f_l – k va l kanallar tashuvchi chastotalari.

Tashuvchi signallarning ortogonalligini, agr bitta simvol davomiyligi vaqtida tashuvchi signal tebranishlar butun sonini amalga oshirsa ta’minlash mumkin. Bir necha ortogonal tebranishlarga misollar 2.8-rasmda tasvirlangan.

Bitta simvolning uzunligi

2.8- rasm. Ortogonal chastotalar

T uzunlikdagi har bir uzatiladigan simvol vaqt bo‘yicha cheklangan sinusoidal funksiya orqali uzatilishini hisobga olish bilan bunday funksiyaning spektrini ham topish qiyin emas (2.9- rasm).
Т
Signal spektri
Chastota, f

Т/2
2.9- rasm. T davomiylikdagi simvol va uning spektri

U quyidagi funksiya orqali tavsiflanadi

bu yerda f_i – i-nchi kanal markaziy (tashuvchi) chastotasi.

Chastotalar nimkanalining shakli ham shunday funksiya orqali tavsiflanadi. Bunda chastotalar nimkanallarning o‘zlari bir-birlarini qoplab qolsada, tashuvchi signallarning ortogonalliklari kanallarning bir-birlariga bog‘liq bo‘lmasligini kafolatlashi, demak, kanallararo interferensiyaning bo‘lmasligi muhim (2.10-rasm).

Chastotalar kanallari

Chastota, f

2.10- rasm. Ortogonal signallar tashuvchilarili kanallarni chastota bo‘yicha ajratish

Ko‘rib chiqilgan keng polosali kanalni ortogonal chastotalar nimkanallariga bo‘lish usuli multiplekslashli ortogonal chastota bo‘icha ajratish (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) deyiladi. Uning uzatish qurilmalarida ishlatilishi uchun oldindan N-kanallarga multiplekslangan signalni vaqt bo‘yicha berishdan chastota bo‘yicha berishga o‘tkazadigan Fure teskari tez o‘zgartirishi ishlatiladi (IFFT) (2.11- rasm).

Ta’kidlanganidek, OFDM usulining asosiy afzalliklaridan biri yuqori uzatish tezligini ko‘p nurli tarqalishga samarali qarshi turish bilan birligi hisoblanadi. Agar aniqroq aytilsa, OFDM texnologiyasi o‘zicha ko‘p nurli tarqalishni yo‘qotmaydi, balki u simvollararo interferensiyani yo‘qotish uchun zaminni yaratadi. Ish shundan

iboratki, OFDM texnologiyasining ajralmas qismi himoya intervali (Guard Interval, GI) tushunchasi hisoblanadi, u simvolning boshiga qo‘yiladigan simvolni uning tugashida siklli takrorlanishi hisoblanadi (2.12- rasm).


2.11- rasm. N ortogonal chastotalar nimkanallarini olish uchun Fure teskari tez o‘zgartirishini amalga oshirish
Himoya intervali ortiqcha ma’lumot hisoblanadi va bu ma’noda foydali (axborot) uzatish tezligini kamaytiradi. Bu ortiqcha ma’lumot uzatkichda uzatiladigan ma’lumotlarga qo‘shiladi va simvolni qabullagichda kabul qilinishida tashlab yuboriladi, lekin aynan u simvollararo interferensiyani vujudga kelishidan himoya bo‘lib xizmat qiladi.

Siklli ko’chirish
2.12- rasm. Simvolning boshlanishiga qo‘yiladigan himoya intervali

Himoya intervalining bo‘lishi alohida simvollar orasida vaqt pauzalarini hosil qiladi va agar himoya intervalining davomiyligi ko‘p nurli tarqalish natijasida signalni kechikish maksimal vaqtidan ortiq bo‘lsa, u holda simvollararo interferensiyani vujudga kelmaydi (2.13- rasm).

Himoya intervalining davomiyligi odatda simvolning o‘zini davomiyligining to‘rtdan bir qismini tashkil etadi.


Birinchi simvol Ikkinchi simvol

Маksimal kechikish

Ichki simvolli hudud

Agar GI bo’lmasa, simvollararo interferensiya vujudga keladigan hudud

2.13- rasm. Himoya intervali simvollararo interferensiyani vujudga kelishiga to‘sqinlik qiladi