Corso di Sistemi Telecomunicazione Mobili
TRASMISSIONE-DATI CON
MODULAZIONE OFDM
Prof.
Carlo Regazzoni
CONTENUTI
•INTRODUZIONE, CENNI STORICI E CONCETTI
GENERALI
•IL SEGNALE TRASMESSO CON MODULAZIONE
OFDM
•RICEZIONE DEL SEGNALE OFDM
•IMPLEMENTAZIONE DI UN MODULATORE OFDM
CON FFT
•VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI
•TRASMISSIONE OFDM SU CANALE MULTIPATH
•CENNO A COFDM
•DISPOSITIVI COMMERCIALI ED APPLICAZIONI
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RIFERIMENTI
[1]
M.L. Doelz, E.T. Heald, D. Martin, “Binary Data
Transmission Techniques for Linear Systems”,
Proceedings of IRE, Maggio 1957, pp. 656-661.
[2]
B. Hirosaki, “An Orthogonally Multiplexed QAM
System Using the Discrete Fourier Transform”,
IEEE Trans on Comm, Vol. 29, No. 7, Luglio 1981,
pp. 982-989.
[3]
J.A.C. Bingham, “Multicarrier Modulation for Data
Transmission: An Idea Whose Time Has Come”,
IEEE Comm. Magazine, Maggio 1990, pp. 5-14.
[4]
T. De Cousanon, R. Monnier, J.B. Rault, “OFDM for
digital TV broadcasting”; Signal Processing, Vol. 39
(1994), pp. 1-32.
[5]
B. Le Floch, M. Alard, C. Berrou, “Coded
Orthogonal Frequency Division Multiplex”,
Proceedings of IEEE, Vol. 83, No.6, Giugno 1995,
pp. 982-996.
[6]
E. Ayanoglu, et al, “VOFDM Broadband Wireless
Transmission and Its Advantages over Single
Carrier Modulation”, Proc of ICC 2001 Conference,
Helsinki (SF) 11-14 Giugno 2001, Vol. 6, pp. 16601664.
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INTRODUZIONE
•La modulazione OFDM (Orthogonal Frequency-Division
Multiplexing) è la tecnica-base tra le cosiddette
modulazioni multi-portante (multicarrier modulations);
•Un esempio già visto di modulazione multi-portante è la
DMT, impiegata nello standard ADSL per trasmissione su
doppino telefonico ad elevato bit-rate;
•Un altro esempio, che vedremo, è costituito dalle
tecniche MC-CDMA (Multicarrier-CDMA), che sono la
versione “Spread Spectrum” dell’OFDM;
•Il concetto che sta alla base delle tecniche di
modulazione multi-portante è la trasmissione in diversità
(già vista per le tecniche DMT), ovvero la trasmissione di
informazione su sottocanali a diversa larghezza di banda,
dove gli effetti distorsivi del canale sono differenti;
•Quindi, al contrario delle tecniche a singola portante, il
messaggio trasmesso subirà in misura diversa gli effetti
selettivi in frequenza del canale, il che si traduce in un
sostanziale miglioramento delle prestazioni in termini di
BER (su un canale ideale di tipo AWGN, l’utilizzo di
tecniche di modulazione multi-portante non reca alcun
beneficio, poiché non esiste selettività in frequenza).
4
CENNI STORICI
•Le tecniche di modulazione multi-portante sono viste come
la quarta generazione (4G) del digitale fisso e mobile;
•Eppure, l’idea della modulazione multi-portante risale a
molti anni fa, addirittura alla fine dei ‘50 (vedi articolo di
Doelz, Heald e Martin, Procedings of IRE, Maggio 1957, pp.
656-661, disponibile in biblioteca);
•Tale lavoro presentava un’implementazione pratica di un
sistema di trasmissione digitale (detto KINEPLEX) con
multiplexing dei bit su portanti tra loro ortogonali, che è il
principio base dell’OFDM (vedi foto sottostanti).
Convertitore S/P
Apparato di
demodulazione
KINEPLEX
5
CENNI STORICI
•Il problema principale del kineplex risiedeva nel fatto
che l’implementazione del multiplexing in frequenza era
effettuato con hardware puramente analogico
(oscillatori a risonanza di tipo RLC), da qui le dimensioni
ragguardevoli dell’apparato;
•Il salto di qualità teorico, che ha aperto la strada
all’implementazione pratica di un sistema OFDM è stato
indicato da B. Hirosaki nel 1981 (IEEE Trans on Comm,
Luglio 1981, pp. 982-989), ovvero il mappaggio del
multiplexing in frequenza su una struttura di tipo
Fast-Fourier-Transform (FFT);
•Una struttura FFT può essere implementata in
maniera totalmente digitale e software
•Dovevano tuttavia passare ancora dieci anni affinché
la tecnologia di processing digitale (comparsa dei DSP)
consentisse l’implementazione effettiva dell’OFDM
(vedere articolo di J.C. Bingham, IEEE Comm.
Magazine, Maggio 1990, pp. 5-14).
•Il lancio dei primi prototipi commerciali di sistemi
OFDM è stato annunciato nel 2001 (sistema VOFDM
della Cisco, presentato alla conferenza ICC2001) e la
commercializzazione è prevista per il 2005.
6
MODULAZIONE OFDM
(Generalità)
•La modulazione OFDM è un tipo di modulazione multiportante dove le portanti sono spaziate in frequenza di un
multiplo di 1/T, ove T è il periodo di modulazione e sono
caratterizzate dal fatto che lo spettro dei segnali trasmessi
sulle diverse portanti si sovrappone.
•Uno schema di un possibile modulatore OFDM è riportato
nella figura sottostante:
•Si può vedere come un flusso di simboli, codificati nelle loro
componenti in fase ed in quadratra (an, bn), venga ciclicamente
multiplexato su N rami di modulazione digitale QAM.
•L’uscita del k-esimo ramo di modulazione è un segnale M-QAM,
modulato su una frequenza di portante fk, che è ortogonale
rispetto alle frequenze di modulazione degli altri rami.
•In questo modo, è possibile recuperare in ricezione i flussi di
simbolo trasmessi nei diversi rami e riassemblare, con
un’operazione di de-multiplexing flusso di simboli originario.
7
MODULAZIONE OFDM
(Segnale Trasmesso)
•Ad ogni portante viene assegnata una determinata
costellazione QAM (può anche essere uguale per tutte).
•Date r jk e ϕ jk , coordinate polari nella costellazione QAM,
relativa alla portante k-esima, del simbolo trasmesso da tale
portante nell’intervallo [(j-1)T, jT], avremo che:
sk (t ) =
+∞
∑ rjk cos(2πf k (t − jT ) + ϕ jk )Π (t − jT )
j = −∞
(segnale trasmesso dalla portante k-esima)
N −1
s (t ) =
∑ s (t )
k
k =0
Ove:
(segnale trasmesso sul canale)
fk = f0 +
e:
k
T
⎧ 1, 0 ≤ t < T
Π (t ) = ⎨
⎩0, altrimenti
Impulso rettangolare
N = numero delle portanti sinusoidali
8
Frequenza
fondamentale
MODULAZIONE OFDM
(Analisi temporale del segnale)
•Il segnale trasmesso sul canale è la somma di un numero
elevato di portanti sinusoidali, modulate con fase ed
ampiezza arbitraria.
Il risultato, nel dominio del tempo, è un segnale noiselike (vedi figura):
La durata di un impulso di modulazione OFDM T è fissata ed è
pari a:
Na
T=
= NTs
D
•D è il bit-rate alla sorgente;
•a è il numero di bit per simbolo trasmesso;
•Ts è il tempo di durata di un simbolo (nel tempo di durata
di un impulso di modulazione OFDM si trasmettono N
simboli multiplexati);
9
MODULAZIONE OFDM
(Spettro del Segnale Trasmesso)
•Lo spettro del segnale trasmesso da ogni singola
portante S k ( f ) ha la forma di una funzione sin( f ) f
con passaggi per lo zero ogni 1/T Hz;
•Lo spettro del segnale trasmesso S ( f ) è una
successione di sin( f ) f spaziate di 1/T Hz.
•Le componenti spettrali date delle singole
portanti si sovrappongono, come si evince dalla
figura sottostante:
10
MODULAZIONE OFDM
(Calcolo della larghezza di banda)
•Lo spettro del segnale OFDM è teoricamente a
larghezza di banda illimitata;
•Tuttavia occorre operare un troncamento per calcolare la
larghezza di banda significativa occupata dal segnale;
•Il troncamento è effettuato in modo tale che tutte le
parti dello spettro in potenza che stanno almeno 20dB
sotto l’ampiezza del lobo principale vengono rimosse;
•In tal caso, solo due lobi laterali vengono conservati,
come si vede nella figura sottostante.
11
MODULAZIONE OFDM
(Calcolo della larghezza di banda)
•La larghezza di banda occupata dalle N portanti del
segnale OFDM è pertanto pari a:
N −1
3 N +5
+2 =
W=
T
T
T
•A questo punto può essere interessante calcolare l’efficienza
spettrale della modulazione OFDM, che è data dal rapporto bitrate di sorgente/banda occupata (o dal suo inverso, a seconda
delle convenzioni).
•Supponendo di avere una costellazione M-QAM (o M-PSK) a due
a
dimensioni con 2 punti (a = #bit per simbolo trasmesso), poiché
in T vengono trasmessi N simboli, il bit-rate di sorgente può
essere espresso come:
D=
•Per cui si ha che:
Na
T
Bit/sec.
( N + 5) D
W=
Na
Hz.
•In tal modo risulta immediato il calcolo dell’efficienza
spettrale di una modulazione OFDM, che è data da:
D
N
η= =
a
W N +5
12
MODULAZIONE OFDM
(efficienza spettrale)
•Nella figura sottostante è rappresentata la densità spettrale
di potenza (normalizzata) di un segnale digitale modulato
OFDM con T = 125 nsec, f0 = 8 MHz, e numero di portanti N =
32, 128, 512.
•Lo spettro del segnale tende a diventare ideale (senza bisogno di
usare filtri di shaping dello spettro tipo filtro di Nyquist con
basso roll-off) quando N è molto grande.
•Da quanto si è visto in precedenza, riguardo l’efficienza spettrale
della modulazione OFDM, si ha che:
lim η ( N ) = a
N →∞
• Il grafico mostrato sopra evidenzia che η ~= a (valore ideale,
difficile da raggiungere con una QAM, anche utilizzando filtri di
Nyquist) per valori grandi (ma finiti) di N.
13
DEMODULAZIONE OFDM
•Lo schema di un possibile modulatore/demodulatore OFDM è
riportato nella figura sottostante:
Lato MO
Lato DEM
•Lo schema di demodulazione presentato è basato
sull’ortogonalità delle portanti. Esso è costituito da un banco di
demodulatori coerenti con filtro adattato, utilizzato sia per le
componenti in fase, che per le componenti in quadratura
14
DEMODULAZIONE OFDM
•Le condizioni di ortogonalità sulle portanti, sia nella
componente in fase, che nella componente in quadratura
consentono di demodulare il segnale, come si evince dalle
formule sottostanti:
T
∫ r cos ( 2πf t + ϕ
k
k
) cos ( 2πf ht)dt = 0
k≠h
T
T
rk cos (ϕ k ) = ak
2
2
k =h
k
0
=
T
∫ r cos ( 2πf t + ϕ
k
k
k
)sin( 2πf h t)dt = 0
k≠h
0
=
T
T
rk sin(ϕ k ) = bk
2
2
k=h
•Affinchè tali condizioni vengano rispettate (e quindi la
demodulazione venga portata a termine con successo)
sono necessarie due condizioni, tuttora considerate
(per semplicità) acquisite:
•una rigorosa sincronizzazione sulla portante, sia in
fase che in quadratura (demodulazione coerente);
•una rigorosa sincronizzazione
ricezione (clock recovery).
del
15
clock
in
MODULAZIONE OFDM
(uso FFT)
•Uno schema MO/DEM di tipo OFDM, come quello visto in
precedenza, non può essere implementato via hardware, con
oscillatori analogici: costerebbe troppo e le imperfezioni degli
oscillatori (drift di frequenza, rumore di fase) provocherebbero
malfunzionamenti drammatici.
•Uno schema MO/DEM di tipo OFDM può essere, invece
facilmente implementato via software ed in maniera totalmente
digitale servendosi delle FFT (Fast Fourier Transform);
•Se infatti il simbolo k-esimo (k = 1..N = numero di simboli
trasmessi in un periodo di modulazione), mappato nella
costellazione M-QAM scelta, viene scritto come:
S k = rk e jϕ k = ak + jbk
{S 0 ,....., S N −1}
Insieme di simboli
trasmessi in T sec.
Il segnale OFDM trasmesso sul canale può essere ricavato
attraverso i seguenti due passi:
i) calcolando la trasformata FFT inversa (IFFT) su un
insieme di simboli trasmessi durante il periodo di
modulazione (T)
ii) operando la conversione digitale/analogica (D/A) del
segnale ottenuto al passo (i)
16
MODULAZIONE OFDM
(uso FFT)
•Infatti, viene generata una sequenza s(n), mediante
un’operazione di tipo I-FFT effettuata sull’insieme di
simboli trasmesso nel periodo di modulazione T mediante
un numero di campioni NFFT (generalmente potenza di 2).
L’operazione è la seguente:
s ( n) =
=
=
1
N FFT
1
N FFT
N −1
1
N FFT
N −1
∑
∑
kn
S (k )WN−NFFT
+
k =0
S (k )e
j
2π
kn
N FFT
k =0
+
1
N FFT
1
N FFT
N −1
∑
N −1
∑
(
kn
S * (k ) WN−NFFT
)
*
=
k =0
S * (k )e
j
2π
( N FFT − k ) n
N FFT
k =0
N −1
⎛ 2π
⎞
⎜
rk cos⎜
kn + ϕ k ⎟⎟
⎝ N FFT
⎠
k =0
∑
n = 0,.., N FFT − 1
•Questo risultato si ottiene tenendo conto di una delle
proprietà fondamentali dei coefficienti W della FFT,
ovvero:
k ( N −n)
kn ∗
W
( )
= W
•Poiché l’insieme di N simboli deve essere trasmesso ogni
T secondi, la frequenza di campionamento che dovrà
essere usata è la seguente:
fs =
1 1
T N FFT
17
=
MODULAZIONE OFDM
(uso FFT)
•La sequenza s(n) è quindi inviata ad un convertitore
D/A, il quale lavora con frequenza di campionamento fs.
•Il segnale s(t) che si ottiene in uscita dal convertitore
D/A è il seguente:
s (t ) =
N −1
1
N FFT
⎛ 2π
⎞
rk cos⎜⎜
kf s t + ϕ k ⎟⎟ t = 0,...., N FFT
fs
⎝ N FFT
⎠
k =0
∑
•Il segnale s(t) può quindi essere riscritto come:
s (t ) =
fk =
k
T
T=
1
N FFT
N FFT
fs
N −1
∑ r cos(2πf t + ϕ )
k
k
k
t = 0,...., T
k =0
Questo è il proprio il segnale
OFDM in banda-base
•Nella slide successiva mostreremo lo schema completo
di modulatore/demodulatore OFDM, che utilizza FFT;
•Questo schema può essere realizzato in maniera
completamente software su architettura DSP, poiché
una struttura di tipo FFT (e I-FFT) può essere mappata
su un’architettura di elaborazione del segnale di questo
genere, mediante algoritmi di calcolo noti.
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MODULAZIONE OFDM
(uso FFT)
IMPLEMENTAZIONE “FULL DIGITAL” MODEM OFDM
Modulatore
De-Modulatore
•Nel nostro caso abbiamo
posto k0 = 0 per semplicità;
•Allo stato attuale della tecnologia l’implementazione “fulldigital” è possibile solo per quel che riguarda la parte in
banda-base e parte dello stadio IF. La parte RF è ancora
(almeno per ora) costituita da circuiteria analogica.
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MODULAZIONE OFDM
(Prestazioni in presenza di rumore AWGN)
VALUTAZIONE DELLA PROBABILITA’ DI ERRORE
MEDIA SUL SIMBOLO
•Le prestazioni dei sistemi di modulazione/demodulazione
OFDM in presenza di rumore di canale dipendono
fortemente dal tipo di costellazione M-QAM scelta.
•Supponendo di trasmettere dati su un canale AWGN, il
segnale ricevuto dal filtro adattato associato alla portante
k-esima ha la seguente espressione:
ak' = ak + nki
bk' = bk + nkq
(componente in fase)
(componente in quadratura)
•Un errore avviene quando le componenti rumorose sono
più grandi della metà della distanza d tra due punti nella
costellazione. Quindi la probabilità di errore sul
simbolo in un sistema OFDM ha la seguente espressione:
⎛ d2 ⎞
⎛ i d⎞ 1
⎟
P (err ) = p⎜ nk > ⎟ = erfc⎜
2
⎜ 8σ k ⎟
2⎠ 2
⎝
⎝
⎠
•d dipende dalla costellazione scelta e si può esprimere in
funzione dell’energia media della costellazione Ec .
•In pratica, la probabilità di errore di un sistema OFDM, su
canale AWGN, è la stessa di una modulazione M-QAM a
singola portante.
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MODULAZIONE OFDM
(Prestazioni in presenza di rumore AWGN)
VALUTAZIONE DELLA PROBABILITA’ DI ERRORE
MEDIA SUL SIMBOLO (CONTINUAZIONE)
•CostellazioneQAM a 16 punti
8 Ec2
d =
10
2
8 Ec2
•Costellazione QAM a 32 punti d = 20
2
8 Ec2
•Costellazione QAM a 64 punti d = 42
2
•Costellazione QAM a 128 punti d 2 =
Ove
1 2 −1 ak2 + bk2
Ec =ˆ ∑
2 k =0 2c
c
8Ec2
82
2c Numero di punti della
costellazione
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MODULAZIONE OFDM
(Prestazioni in presenza di rumore impulsivo)
•La modulazione OFDM presenta notevoli proprietà di robustezza
nei confronti dei rumori impulsivi, ove per rumore impulsivo si
intende un impulso rettangolare di ampiezza e durata limitata
(generalmente inferiore al tempo di simbolo). E’ pertanto un
disturbo a “banda larga”.
•Poiché l’informazione è codificata nel dominio delle frequenze,
l’energia dell’impulso rumoroso viene distribuita attraverso l’intera
larghezza di banda dello spettro, riducendo quindi il suo effetto
su ognuna delle singole sotto-portanti.
•Nella figura sottostante è rappresentata la probabilità di errore
sul bit versus il rapporto segnale-rumore impulsivo, risultante da
simulazioni effettuate.
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MODULAZIONE OFDM
(Prestazioni in presenza di jamming)
•L’OFDM è invece assai vulnerabile rispetto ad interferenze a
banda stretta di tipo “jamming”, costituite da toni sinusoidali
che interferiscono sul segnale (es. man-made noise, ingressnoise), offrendo prestazioni persino peggiori della QAM (vedi
figura sottostante, N = 512 portanti);
•Questo avviene perché la potenza del segnale OFDM è
concentrata in una porzione ridotta dello spettro. Un impulso
rumoroso che “colpisce” proprio nella banda del segnale riuscirà
sicuramente ad alterare i bit trasmessi su diverse sottoportanti.
•Un possibile rimedio consiste nello “spegnere” le sottoportanti investite dall’impulso di jamming. Questo rimedio
funziona se la posizione del tono interferente nello spazio delle
frequenze è fissa e nota. Si può implementare senza hardware
aggiunto, usando le proprietà della IFFT.
•Se la posizione del tono interferente non è fissa o non è nota,
occorre introdurre la codifica FEC a monte della modulazione
(Coded-OFDM o COFDM).
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MODULAZIONE OFDM
(Comportamento su canale multipath)
MOTIVAZIONI
DELL’IMPIEGO
CANALE MULTIPATH
DELL’OFDM
SU
•In un canale affetto da multipath fading, non riceveremo il
segnale desiderato, o almeno non solo quello, ma tutta una serie di
repliche ritardate e sfasate del segnale medesimo.
•Quindi, campionando in un certo istante, invece di ricavare il
simbolo in quel dato istante, si otterrà una combinazione lineare
del simbolo precedente, del simbolo corrente e del simbolo
successivo (ISI). Il canale, quindi, agirà come filtro lineare.
•Teoricamente potrebbe essere possibile utilizzare equalizzatori
inversi, che sono filtri digitali i cui coefficienti sono aggiornati
dinamicamente mediante algoritmi appropriati.
•Tuttavia l’aggiornamento dei coefficienti dei filtri diviene
un’operazione computazionalmente onerosa e sostanzialmente
inefficace se il delay spread del canale è molto maggiore del
periodo di modulazione (condizione equivalente alla selettività in
frequenza del multipath fading).
•Le tecniche OFDM consentono di aumentare arbitrariamente il
periodo di modulazione, e pertanto di generare un segnale
modulato per il quale il canale è non selettivo in frequenza.
Tuttavia il bit-rate rimane inalterato.
•Nelle modulazioni OFDM è possibile, come vedremo trattare il
multipath fading in maniera semplice ed efficace.
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MODULAZIONE OFDM
(Comportamento su canale multipath)
TRASMISSIONE SU CANALE MULTIPATH
•Supponiamo di introdurre un canale di tipo multipath a cammini
discreti. Esso può essere rappresentato dalla seguente risposta
all’impulso:
P
h(t ) =
∑ A δ (t − τ )
p
p
p =0
•Senza perdere di generalità, supponiamo di avere un modello
estremamente semplificato di canale multipath, ove:
h(t ) = δ (t ) + δ (t − τ )
•Il segnale ricevuto da una qualsiasi delle N portanti modulate
sarà dato dalla somma del segnale diretto e del suo eco
ritardato, ovvero:
s ' (t ) = s (t ) + s (t − τ )
•In tal modo (vedi figura sottostante) è impossibile isolare un
intervallo di T secondi nel segnale ricevuto contenente solamente
informazione su un simbolo. Compare quindi ISI.
25
MODULAZIONE OFDM
(Comportamento su canale multipath)
UTILIZZO DI INTERVALLI DI GUARDIA
•Una soluzione praticabile per rimuovere questo tipo di
interferenza consiste nell’incrementare la durata del simbolo
OFDM a (T+τ) sec, ove τ è detto intervallo di guardia:
•In questo caso, campionando opportunamente il segnale ricevuto
tra gli istanti T1 e T2 è possibile ricavare una porzione di segnale
della durata T secondi, che contiene informazione solo sul j-esimo
simbolo (che è quello desiderato). Abbiamo rimosso l’ISI.
•Per realizzare questo meccanismo, mantenendo inalterata la
condizione di ortogonalità, occorre espandere la durata delle
portanti modulate di τ sec a sinistra, come mostrato nella figura
sottostante:
26
MODULAZIONE OFDM
(Comportamento su canale multipath)
UTILIZZO DI INTERVALLI DI GUARDIA
•In un canale multipath ove il delay spread è pari a τp, se si vuole
utilizzare una modulazione OFDM, tale procedimento deve essere
applicato su ogni portante, con un intervallo di guardia di τp.
•La demodulazione senza ISI è possibile se il segnale viene
processato in un intervallo di tempo compreso tra τp e (T+ τp), ove
T è il periodo di modulazione OFDM, che è fissato.
•L’intervallo di guardia può essere inserito, in pratica, modulando
più velocemente le N portanti durante un periodo:
T ' = T −τ p
prima di inserire, successivamente, l’intervallo di guardia.
•Così, per mantenere l’ortogonalità, dovremo usare N portanti
separate in frequenza di un offset pari a:
f k' =
k
k
=
ˆ
T ' (T − τ p )
k = 0,.., N − 1
prima di inserire, successivamente, l’intervallo di guardia.
•Il segnale trasmesso sarà pertanto il seguente:
+∞ N −1
s (t ) =
∑∑ r
jk
cos(2πf k't + ϕ jk − 2πf k'τ p )Π (t − jT )
j = −∞ k = 0
La demodulazione verrà effettuata durante il periodo T’.
27
MODULAZIONE OFDM
(Comportamento su canale multipath)
UTILIZZO DI INTERVALLI DI GUARDIA
•L’utilizzo di intervalli di guardia può limitare l’efficienza
spettrale della modulazione. Si può infatti dimostrare che
l’efficienza spettrale di un sistema OFDM con intervallo di
guardia τp è pari a:
η=
N (T − τ p )
D
=
a
'
( N + 5)T − 6τ p
W
•Ove il valore di T è fissato ed è pari a:
T=
Na
D
•Nella figura sottostante è mostrato un grafico della banda
richiesta in funzione del numero di portanti ortogonali per
D=34Mb/s, a=3,4,5,6 e τp = 8µsec.
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CENNO A CODED-OFDM (COFDM)
PRINCIPIO-BASE COFDM
•Le tecniche OFDM presentano ottime caratteristiche di
robustezza nei confronti di rumori impulsivi (nel tempo) e
consentono di gestire in maniera efficace i problemi derivati dalla
trasmissione su canale affetto da multipath fading, utilizzando
semplici intervalli di guardia.
•Tuttavia, esse sono vulnerabili nei confronti di segnali
interferenti in banda stretta (tipo ingress-noise), in grado di
“distruggere” sottoportanti che portano consistenti flussi di dati
(i quali saranno pertanto inevitabilmente danneggiati).
•Inoltre, conoscere perfettamente il delay-spread di un canale
multipath e settare in modo preciso l’intervallo di guardia è, in
parecchi casi di interesse pratico, assai difficile (ad esempio su
canali radiomobili urbani).
•Le tecniche OFDM possono essere irrobustite ulteriormente,
incorporando nello schema potenti tecniche di codifica di canale
e di interleaving (vedi figura sottostante). In generale vengono
utilizzate tecniche di codifica di canale di tipo convoluzionale
(rate 7/8, 3/4, 1/2), ma una valida alternativa è costituita anche
dai turbo-codici.
29
SISTEMI OFDM
(dispositivi commerciali)
•Le tecnologie hardware VLSI (Very-Large-Scale-Integration)
consentono,
già
allo
stato
attuale,
implementazioni
estremamente efficienti dei blocchi FFT e FFT inversa.
•Le implementazioni sono basate sulla ben nota struttura di
calcolo della FFT e dell’inversa detta “a farfalla” (butterfly).
•Esistono in commercio chip che effettuano tutta la catena di
operazioni
di
modulazione
e
demodulazione
OFDM,
aggiungendo anche la codifica/decodifica FEC dello stream dei
dati (chip COFDM).
•Un esempio di questi è il chip COFDM DMT-50 della Radiata
Communications Ltd. (USA), che utilizza una codifica di tipo
convoluzionale dei dati con rate 1/2 ed un più robusto mappaggio
QPSK (invece del mappaggio QAM, mostrato nel precedente
esempio “didattico”).
•Le principali applicazioni dei sistemi OFDM commerciali
riguardano il broadcast TV digitale su reti terrestri e
satellitari (storicamente la prima applicazione) ed il broadcast
radio digitale per automobilisti (esistono, a questo proposito,
progetti della RAI con realizzazione di prototipi).
•Recentemente la CISCO corporation (USA) ha annunciato il
prossimo lancio commerciale (2005) di un sistema OFDM per
trasmissioni bidirezionali a banda larga (VOFDM), che
dovrebbe proporsi come prima alternativa ai dispositivi UMTS
per multimedialità su reti wireless.
30