Informe Telecomunicaciones OFDM

7/24/2019 Informe Telecomunicaciones OFDM

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UNIVERSIDAD

NACIONAL

TECNOLOGICA DE LIMA SUR

INFORME NOTA DE OTROS

Sistemas OFDM

Alumno:

Brena Due!as Mario An"erson

Curso :

Teleomuniaiones III

#ro$esor:

In%& E"%ar O'orto

Cilo: (III

)*+, SISTEMAS OFDM

In%enier-a Eletr.nia / Teleomuniaiones


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Uni0ersi"a" Naional Tenol.%ia "e Lima Sur&2

I. INTRODUCCIN A ODFM:

La historia de OFDM data de los aos 60 cuando Chang public su artculo

sobre la sntesis de transmisin multicanal de seales limitadas en banda. l

present el principio de la transmisin de mensaes simult!neamente a tra"#sde un canal lineal limitado en banda sin inter$erencia intercanal %&C&' ni

ntersimblica %&(&'.

)oco despu#s de Chang se presenta el artculo* reali+acin (alt+berg* donde

se conclu,e -ue la estrategia de diseo para un e$iciente sistema paralelo

debe centrarse m!s en la reduccin de inter$erencia entre canales ad,acentes

-ue en per$eccionar los canales indi"iduales en s mismos* desde -ue ladistorsin debida a la inter$erencia tienda a dominar/. sta es una conclusin

importante* la cual ha a,udado a corregir el procesamiento en banda base

digital pocos aos despu#s. 1n ma,or empue a OFDM $ue presentado en 2342

por 5einstein , bert* -uienes usaron la trans$ormada discreta de Fourier

%DF' para reali+ar la modulacin , demodulacin en banda base. ste trabao

no se centr en per$eccionar los canales indi"idualmente* pero aumento la

e$iciencia de procesamiento al eliminar los bancos de osciladores de lassubportadoras.

Otra importante contribucin $ue reali+ada por )eled , 7ui+ en 2380* -uienes

introdueron el pre$io cclico %C)' o e9tensin cclica* solucionando el problema

de la ortogonalidad.

Los sistemas OFDM son usualmente reali+ados con pulsos rectangulares pero

recientemente se ha incrementado el inter#s por los pulsos shaping. :l usar

pulsos -ue no son rectangulares* el espectro puede ser $ormado para estar

m!s locali+ado en $recuencia lo cual es bene$icioso desde el punto de "ista de

la inter$erencia. OFDM se usa corrientemente en la banda de audio digital

europea* uropean digital audio broadcasting %D:;' (tandard.


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II. MODELOS DE SISTEMAS:

La idea b!sica de OFDM es di"idir el rango del espectro disponible en "arios

subcanales %subpotadoras'. 1sando canales de banda estrecha* estos

e9perimenten casi un des"anecimiento plano* haciendo la ecuali+acin mucho

m!s simple. )ara obtener una ma,or e$iciencia espectral la respuesta en

$recuencia de los subcanales son solapadas , ortogonales* de ah el nombre de

OFDM. sta ortogonalidad puede ser completamente mantenida* aun cuando

la seal pase a tra"#s del canal dispersi"o en el tiempo* introduciendo un

pre$io cclico. 9isten "arias "ersiones de OFDM pero nosotros nos

centraremos en sistemas -ue usan un pre$io cclico. l pre$io cclico es una

copia de la =ltima parte del smbolo OFDM

sto hace -ue la seal transmitida sea peridica* lo cual uega un papel

decisi"o para e"itar la inter$erencia inter>simblica , entre portadoras. l pre$io

cclico introduce una p#rdida en la ra+n seal>ruido %(?7' -ue supone el

pe-ueo precio a pagar para mitigar la inter$erencia.

&mplementacin digital de un sistema OFDM en banda base@ (e usa pre$io cclico. La longitud de respuesta al impulso del canal es m!s corta -ue el pre$io

cclico. ransmisor , receptor est!n per$ectamente sincroni+ados. l canal de ruido es aditi"o* blanco , compleo Aaussiano. l des"anecimiento es lo bastante lento respecto al canal como para ser

considerado constante durante un inter"alo de smbolo OFDM.


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Los modelos de sistemas OFDM se clasi$ican en dos clases@ continuos en el

tiempo , discretos en el tiempo.

2.1. Modelo de tiempo contino:

l modelo de tiempo continuo de sistema OFDM presentado puede ser

considerado como el sistema OFDM ideal el cual en la pr!ctica es

sinteti+ado digitalmente.

ransmisor@

:sumiendo un sistema OFDM con ? subportadoras* un ancho de banda de

5 B+ , smbolos de longitud segundos* de los cuales cp segundos es la

longitud del pre$io cclico* los transmisores usan las siguientes $ormas de

ondas.

Canal $sico@

:sumiendo -ue el soporte de la respuesta impulsi"a g%t' del canal $sico

est! restringida al inter"alo E 0* cpG para la longitud del pre$io cclico.


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7eceptor@

l receptor OFDM consiste en un banco de $iltro* empareado en la =ltima

parte cp*G de la onda transmitida HI%t'.

sto signi$ica -ue el pre$io cclico es remo"ido en el receptor. Como el

pre$io cclico contiene toda la &(& de los smbolos pre"ios* la salida del

banco de $iltro del receptor no contiene &(&. :s podemos ignorar el ndice

temporal l cuando calculamos la salida en los I>th $iltros.

l bene$icio del pre$io cclico es doble@ e"ita la creacin de &(& %actuando

como espacio de guarda' , de &C& %manteniendo la ortogonalidad de las

subportadoras'. 7eintroduciendo el ndice de tiempo podemos "er el

sistema OFDM como un conunto de canales paralelos Aaussianos* como

en la siguiente $igura.

(istema OFDM en tiempo contin=o interpretado como canales Aaussianos

en paralelo.

1n e$ecto a tener en cuenta es -ue la energa trasmitida se incrementa con

la longitud del pre$io cclico* mientras -ue la e9presin de la seal

muestreada recibida se mantiene inalterada. La energa transmitida por

subportadora es@

J la p#rdida de (?7* causada al desechar en pre$io cclico en el receptor*

llega a ser@


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Donde Kcp es la longitud relati"a del pre$io cclico. : ma,or longitud del

pre$io cclico* ma,or es la perdida en la ra+n (?7. ?ormalmente* la

longitud relati"a del pre$io cclico es pe-uea , la transmisin -ueda libre

de &C& e &(& moti"ando una perdida en (?7 %menor de 2 d; para KN0.'

7epresentacin de un subcanal indi"idual para un sistema OFDM con ? tonos

con un ancho de banda 5.

(e muestra el es-uema de la respuesta en $recuencia de un subcanal

indi"idual en un smbolo OFDM. Los subcanales indi"iduales del sistema est!n

separados. l en"entanamiento rectangular de los pulsos transmitidos resulta

de la respuesta en $recuencia de cada canal muestreado. :s* la potencia

espectral del sistema OFDM decae como $ >. n algunos casos esto no es

su$iciente , otros m#todos se han propuesto para $ormar el espectro. 1sando

un pulso coseno>al+ado donde la regin ri+ada act=a como espacio de guarda*

"er $igura .6. (i la parte plana es el smbolo OFDM* inclu,endo el pre$io

cclico* se e"itan tanto &C& como &(&.


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)ulso $ormado usando la $uncin coseno>al+ado.

La parte sombreada de la seal indican las e9tensiones. l espectro con este

tipo de pulsos se aprecia en la $igura* donde se compara con un pulso

rectangular. l aumento introducido por un espacio de guarda e9tra con un

ri+ado puede ser una buena in"ersin ,a -ue la cada del espectro es mucho

m!s r!pida , reduce la inter$erencia con bandas de $recuencia ad,acentes.

spectro con pulso rectangular , con coseno>al+ado.

2.2. Modelo de tiempo dic!eto.

Comparado con el modelo de tiempo continuo* la modulacin , la

demodulacin son rempla+adas por una trans$ormada de Fourier directa

%DF' , otra in"ersa %&DF'* respecti"amente* , el canal es una con"olucin

discreta en el tiempo. l pre$io cclico opera de la misma manera en el

sistema , los c!lculos se reali+an siguiendo los mismos pasos. La principal

di$erencia es -ue todas las integrales se sustitu,en por acumuladores.


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(istema OFDM en tiempo discreto.

Desde el punto de "ista de los receptores* el uso de un pre$io cclico m!s

largo -ue el canal trans$ormar! la con"olucin lineal en el canal en una

con"olucin cclica.

2.". Inte!p!et#ci$n tiempo%&!ec'enci#.

Los modelos descritos son dos modelos cl!sicos OFDM con pre$io cclico.

1n modelo m!s general es "iendo OFDM como transmisin de datos en

una estructura Lattice en el plano tiempo>$recuencia. Consideramos primero

una seal s%t' transmitida donde las $unciones HI*l%t' son translaciones en

tiempo por 0 , en $recuencia por P0 de la $uncin prototipo p%t'* es decir* (e

crea un enreado bidimensional en el plano tiempo>$recuencia.

nreado en el plano tiempo>$recuencia. Los smbolos de datos 9 I2* son

trasmitidos en el enreado de puntos.


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Cada smbolo de dato trasmitido en el enreado e9perimenta una "ibracin*

la cual simpli$ica la ecuali+acin , estimacin del canal. La atenuacin del

canal en los puntos del enreado son correlados , conociendo los smbolos

transmitidos en algunos puntos* la atenuacin del canal puede ser estimada

con un $iltro de interpolacin.

III. (ENTA)AS DEL SISTEMA OFDM:

Las comunicaciones a alta tasa binaria no slo "ienen limitadas por el ruido.

: menudo es m!s importante la inter$erencia entre smbolos %&(&' debido a

la memoria -ue caracteri+a a los canales dispersi"os. sta memoria de

canal es causada por la propagacin multi > tra,ecto entre transmisor ,

receptor.

Como norma general* los e$ectos de &(& son despreciables en tanto -ue la

longitud del retraso sea signi$icati"amente m!s corta -ue la duracin del

smbolo transmitido. sto implica -ue la tasa de transmisin de smbolo en

los sistemas de comunicaciones est! limitado en la pr!ctica por la memoria

del canal. Las t#cnicas de modulacin OFDM como ,a se ha dicho se

presentan como una alternati"a -ue aborda el problema de la transmisin

de datos sobre un canal multi > tra,ecto.

Como la salida del sistema es la suma de la salida de cada subportadora* la

"elocidad de datos por subcanal* es slo una $raccin de la "elocidad -ue

tendra una sola subportadora -ue soportara la misma salida aumentando el

periodo de smbolo.

sta es* por tanto* la primera "entaa del uso de la t#cnica de transmisin

OFDM@ la posibilidad de disear un sistema de comunicaciones con una

gran tasa de transmisin de datos e"itando &(&.

La reduccin de la compleidad computacional asociada a una ele"ada tasa

de transmisin de datos gracias al uso de la FF , la &FF es otra "entaade OFDM.


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Otra gran moti"acin en el uso de OFDM es el uso e$iciente del espectro*

,a -ue el canal se di"ide en subcanales de banda estrecha lo cual $a"orece

la robuste+ del sistema ante des"anecimientos selecti"os en $recuencia. (i

ocurre un des"anecimieno a una cierta $recuencia* se perderan los datos

correspondientes a esa $recuencia %a no ser -ue se use alg=n tipo de

sistema OFDM adaptati"o'* pero siempre -uedaran los datos -ue

transportan las portadoras -ue "iaan por los subcanales de banda estrecha

-ue no se han "isto a$ectadas por el des"anecimiento.

La "entaa -ue supone la utili+acin de un pre$io cclico es "encer la &(& , la

intrucida por el canal -ue est! relacionado con la respuesta impulsi"a del

canal %C&7'.

Finalmente* podemos comentar -ue la ecuali+acin de un sistema de banda

relati"amente ancha* como puede ser un sistema monoportadora* es m!s

complea -ue la ecuali+acin de un canal de banda estrecha. Con la

utili+acin de "arias portadoras para cada una de #stas el canal es de

banda estrecha. )ara este caso no hace $alta recurrir a muchos puntos en el

dominio de la $recuencia para calcular las "ariaciones del canal.

n resumen* las principales "entaas del sistema OFDM son las siguientes@

7eali+acin de un uso e$iciente del espectro.

7obuste+ ante des"anecimiento selecti"o en $recuencia.

liminacin de los e$ectos de las inter$erencias intersimblicas %&(&' e

intracanal %&C&' debido al pre$io cclico.

7educcin de la compleidad computacional.


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I(. IM*ERFECCIONES DE LOS SISTEMAS OFDM.

Dependiendo de la situacin anali+ada* las imper$ecciones en un

sistema real OFDM pueden ser ignoradas o e9plcitamente incluidas enel modelo.


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(. A*LICACIONES:

OFDM* bao el sinnimo de DM* ha atrado tambi#n mucho la atencin como

una e$iciente tecnologa para transmisin a alta "elocidad sobre la red

tele$nica %:D(L , QD(L'.

Debido a la compleidad de la implementacin* la utili+acin de OFDM ha sido

escasa hasta hace poco tiempo. (u uso se engloba dentro de las aplicaciones

multimedia m"iles de banda ancha en canales radio "ariante en el tiempo ,

selecti"os en la $recuencia.

La transmisin multimedia %gr!$icos* audio* te9to* "o+* "ideo' re-uiere -ue el

sistema de transmisin sea capa+ de adaptarse a las di$erentes peticiones de

cada uno de los ser"icios en t#rminos de "elocidad* ;7 admisible , retraso

m!9imo. sta $ue la ra+n por la -ue OFDM $ue propuesta en 2384 para

aplicaciones de radiodi$usin , recepcin m"il.

ntre los sistemas -ue usan la modulacin OFDM destacan@ La tele"isin

digital D* la radio digital D:;* la radio digital de baa $recuencia D7M l

protocolo de enlace :D(L* el protocolo de red de !rea local & 80.22Rg*

tambi#n conocido como 5ireless L:? , el est!ndar B&)7L:? , el sistema

de trasmisin inal!mbrica de datos 5iMa9.

La modulacin OFDM $ue desarrollada en el seno de los programas D:;

%Digital :udio ;roadcasting' , D %Digital "ideo ;roadcasting>errestrial' del

(& %uropean elecomunications (tadars &nstitute'. M!s recientemente*OFDM ha sido empleada para aplicaciones con soporte ScableT* como los

sistemas :D(L %:s,nchronous Digital (ubscriberline' , BD(L %Bigh bit rate

D(L'. :dem!s ha sido propuesta para comunicaciones por lnea de potencia.

(e ha comprobado -ue OFDM es mu, e$iciente en el uso de ancho de banda

disponible , en combatir los des"anecimientos por multi > tra,ecto.


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)or esta ra+n* OFDM se est! considerando actualmente como la t#cnica de

transmisin m!s prometedora para soportar las $uturas comunicaciones

multimedia inal!mbricas en canales selecti"os en $recuencia* , adem!s se est!

in"estigando su aplicacin conunta con t#cnicas CDM: %Code Di"ision Multiple

:ccess'.

Mientras tanto* OFDM ha sido adoptada como un est!ndar para las nue"as

5L:? %5reless L:?@ redes de !rea local inal!mbrica' de alta "elocidad* como

son &80.22 %11'* B&)7L:? %uropa' , MM:C %Uapn'. Debido al

ele"ado rango din!mico de la seal OFDM* el principal $actor de deterioro del

sistema est! dado por la distorsin no lineal generada por el ampli$icador de

potencia %B):@ Bigh )oVer :mpli$ier' situado a la salida del transmisor.

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