پایان نامه بررسی و مقایسه روشهای مختلف کاهش PAR در OFDM
چکیده:
مدولاسیون چند حاملی OFDM به دلیل ویژگی های خوبی که برای ارتباطات بی سیم دارد اخیرا بسیار مورد توجه قرار گرفته و برای پخش رادیویی و تلویزیونی و شبکه های محلی استاندارد گردیده است. در کنار مزایایی که OFDM دارد برخی معایب باعث شده که استفاده کردن از آن با مشکل مواجه شود.
سیگنال OFDM از جمع چندین کانال فرکانسی که دامنه و فازهای اتفاقی و مستقل از هم دارند ساخته می شود. با توجه به اینکه تعداد حامل های به کار رفته، N، زیاد می باشد در زمان هایی که کانال ها فاز یکسانی دارند دامنه آنها با یکدیگر جمع شده و دامنه سیگنال OFDM خیلی بزرگ می شود. این دامنه بزرگ پیک هایی را به وجود می آورد که در سیستم هایی نظیر D/A و HPA که رنج دینامیکی محدودی دارند برش خورده و در نتیجه باعث گسترش طیف می گردد. بعلاوه، برش خوردن سیگنال ایجاد ICI و ISI نموده و باعث افزایش BER می گردد. برای ارزیابی دامنه سیگنال OFDM نسبت حداکثر توان به متوسط توان موسوم به PAR، به عنوان معیار مقایسه مطرح گردیده است.
هدف از این پروژه بررسی و مقایسه روش هایی است که برای کاهش PAR سیگنال OFDM به کار برده می شود.
در این پروژه ابتدا مشخصه مدولاسیون چند حاملی OFDM بیان گردیده و سپس مشخصه آماری PAR بررسی و روابط تئوری آن به دست آمده است. سپس روش های کاهش PAR معرفی و شبیه سازی آنها در محیط Matlab انجام شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی این روش ها با نتایج به دست آمده از روابط تئوری مقایسه گردیده و عملکرد هر روش با توجه به میزان تاثیرگذاری آن بر کاهش PAR و اثرات آن بر پارامترهای دیگر نظیر بار محاسباتی، پیچیدگی سخت افزار، مشخصه BER و توان افزوده شده بررسی شده و با یکدیگر مقایسه شده است.
مقدمه
انتقال اطلاعات در مخابرات دیجیتال به دو صورت تک حاملی و چند حاملی انجام می شود. در حالت مدولاسیون تک حاملی اطلاعات به طور سریال بر روی یک حامل فرکانسی قرار می گیرد در صورتی که در چند حاملی اطلاعات از طریق چند حامل فرکانسی ارسال می گردد. استفاده از مدولاسیون چند حاملی از دهه 1950 آغاز گردید و از همان زمان ایده استفاده از حامل ها به صورت همپوش مطرح شد و در دهه 1970 در آمریکا به این موضوع بسیار توجه گردید. امروزه این تکنولوژی در زمینه های مختلف نظیر ADSL و VDSL و… به کار رفته و از سوی ETSI برای پخش رادیویی (DAB) و پخش تلویزیونی (DVB) استاندارد گردیده است. این تکنولوژی برای شبکه های محلی بی سیم و به طور مشخص HiperLAN/2 و IEEE 802-11 مطرح گردیده و اخیرا به عنوان یک کاندید برای نسل چهارم تلفن های همراه پیشنهاد شده است.
در مدولاسیون چند حاملی برای اینکه راندمان پهنای باند افزایش یابد از حامل های متعامد استفاده می شود به طوری که در طول باند فرکانسی با یکدیگر همپوشانی دارند. مدولاسیون چند حاملی با حامل های متعامد OFDM نامیده می شود. در OFDM رشته اطلاعات اصلی با طول Ts که ناشی از مدولاسیون دیجیتال نظیر QAM می باشد که به N کانال موازی ارسال شده و با حامل فرکانسی آن کانال مدوله می شود. باند فرکانسی بین دو کانال مجاور برابر با 1/T است که در آن T طول سمبول OFDM است و N برابر طول سمبول های اصلی می باشد. در ابتدا تصور بر آن بود که برای ایجاد سمبول OFDM به بانکی از اسیلاتورها در سمت فرستنده نیاز است تا حامل های فرکانسی هر کانال ایجاد شود و سپس در گیرنده نیز با استفاده از آشکارساز همبستگی اطلاعات اولیه بازیابی می شود. در این صورت پیچیدگی زیادی در سخت افزار فرستنده و گیرنده ایجاد می شود. بعدا مشخص شد که حاصل جمع سمبول های مدوله شده از طریق حامل های فرکانسی هر کانال در واقع IDFT، N تایی رشته اطلاعات اولیه می باشد. در این صورت با بکار بردن IFFT در سمت فرستنده پیچیدگی سیستم تا مرتبه NlogN/2 کاهش می یابد و در گیرنده نیز با کمک FFT اطلاعات اولیه به راحتی بازیابی می گردد. نمایش طیف فرکانسی هر کانال یک تابع Sinc(0 است به صورتی که قله هر تابع در محل گذر از صفر توابع Sinc(0 دیگر کانال ها قرار دارد که باعث می شود در حوزه فرکانس تداخلی میان کانال ها به وجود نیاید و بدین ترتیب راندمان باند فرکانسی N برابر افزایش یافته است. وقتی گستردگی تاخیر در مقایسه با طول سمبول OFDM به اندازه کافی کوچک باشد اثرات ISI ناچیز می شود. بنابراین راه حل ساده برای مقابله با اعوجاج های ناشی از تاخیر چند مسیری افزایش، افزایش طول سمبول OFDM است به طوری که از حداکثر تاخیر ناشی از مسیرهای مختلف طولانی تر باشد. بهترین راه حل برای افزایش طول سمبول OFDM استفاده از زمان پیشوند چرخشی (CP) که در آن v نمونه از اطلاعات سمبول OFDM در ابتدای سمبول قرار می گیرد. اگر طول اضافه شده به اندازه کافی بزرگ باشد اثرات ISI و ICI کنترل می شود.