Опубликован: 03.05.2012 | Доступ: свободный | Студентов: 2643 / 447 | Оценка: 4.39 / 4.14 | Длительность: 19:41:00
Лекция 8:

Основы ортогонального доступа с частотным разделением каналов (OFDMA).

Наращиваемый OFDM

Режим передачи согласно стандарту IEEE 802.16e-2005 основан на концепции наращиваемого (масштабируемого) OFDM (S-OFDM -Scalable -OFDM) [ 80 ] , [ 90 ] . Он поддерживает широкий диапазон пропускной способности и гибко приспосабливается к потребностям в различных диапазонах спектра и к потребностям в различных диапазонах спектра.

Наращивание пропускной способности поддерживается, регулировкой числа шагов быстрого преобразования Фурье (БПФ – FFT- Fast Fourier Transform). Параметры S-OFDM приведены в табл. 8.1 Техническая рабочая группа WiMAX Forum в начале запланировала разработку документов (профилей) для значений ширины каналов 5 и 10 МГц (выделены в табл. 8.1 жирным шрифтом).

Таблица 8.1. Параметры SOFDM
Параметры Значение
Ширина канала (МГц) 1,25 5 10 20
Частота опроса (F_p в МГц) 1,4 5,6 11,2 22,4
Размер преобразования Фурье (N_{FFT}) 128 512 1024 2048
Число подканалов 2 8 16 32
Интервал между несущими 10,94 кГц
Длительность полезного символа (T_b=1/f) 91,4 мкс
Защитный интервал (T_g=T_b/8) 11,4 мкс
Длительность OFDMA символа (T_s=T_b+T_g) 102,9 мкс
Число символов (кадр 5 мс) 48

Формирование подканала с полным использованием поднесущих частот в направлении "вниз".

Минимальной частотно-временной единицей формирования канала является один слот, который содержит 48 поднесущих. Эта единица поддерживается физическим уровнем в обоих направлениях.

В табл. 8.2 приводится пример [ 80 ] распределения поднесущих частот при полном использовании поднесущих частот для формирования подканала в направлении "вниз".

Таблица 8.2. Распределение поднесущих с полным использованием в направлении "вниз" (DL FUCS)
Параметры Значение
Ширина полосы частот МГц 1,25 5 10 20
Размер преобразования Фурье 128 512 1024 2048
Число защитных поднесущих частот 22 86 173 345
Число используемых поднесущих частот 106 426 851 1703
Число поднесущих частот данных 96 384 768 1536
Число поднесущих частот пилот сигнала 9 42 83 166
Число подканалов 2 8 16 32

Для каждой полосы частот каналов выбирается количество частот используемых в преобразовании Фурье.

Число защитных поднесущих определяется величиной максимальной задержки сигнала (см. рис.8.2, рис.8.3). Распределение поднесущих частот с помощью циклического префикса. Для таблицы это время принято около 17% от числа указанного в строке " размер преобразования Фурье". Эти поднесущие распределяются на два примерно равных поднабора – один в начале другой в конце. Например, для размера преобразования Фурье 2048 в табл. 8.2 выбрано число защитных поднесущих 345.

Число используемых поднесущих частот получается вычетом числа защитных поднесущих из их общего числа. В данном примере остается 1703 поднесущих.

Для подканалов поднесущих с полным использованием поднесущих частот и направлением "вниз", сначала распределяются пилот – сигналы, а затем оставшиеся сигналы распределяются на подканалы данных. Число пилот сигналов указывается в стандарте. В данном случае это число равно 166. Число поднесущих частот данных определяется кратным 48. Число подканалов определяется числом поднесущих частот данных и длиной слота 48 поднесущих. В данном примере оно равно 32 (1536/48=32).

Формирование поднесущих с частичным использованием и направлении "вниз" (DL).

При использовании DL PUSC, для каждой пары OFDM символов, доступных или используемых поднесущие частоты сгруппированы в кластеры, содержащие 14 непрерывных поднесущих частот на один период символа, пилот – сигналы и данные распределены в каждом кластере с учетом четных и нечетных символов как показано на рис.8.4.

Структура кластеров для четных и нечетных символов OFDM

Рис. 8.4. Структура кластеров для четных и нечетных символов OFDM

Результат распределения поднесущих частот показан в табл. 8.3.

Таблица 8.3. Распределение поднесущих с частичным использованием и направлении "вниз" (DL)
Параметры Значение
Ширина полосы частот МГц 1,25 5 10 20
Размер преобразования Фурье 128 512 1024 2048
Число защитных поднесущих частот 43 91 183 367
Число используемых поднесущих частот 85 421 841 1681
Число кластеров /подканалов 6/3 30/15 60/30 120/60
Число информационных поднесущих частот 72 360 720 1440
Число поднесущих частот пилот сигнала 12 60 120 240

В таблице выделены поднесущие защитного интервала. Зная число несущих в каждом кластере, можно определить максимальное число кластеров (минимальное число показано через черту). По величине поднесущих кластера определяется число поднесущих для передачи данных и пилот – сигналов.

Формирование поднесущих с частичным использованием в направлении "вверх" (UL).

В данном случае для организации подканалов используется элемент, называемый "фрагмент" (tile3 Буквальный перевод tile – одна черепица, элемент мозаичного панно ). Фрагмент компонуется из 4-х поднесущих. Для передачи 3-х символов OFDM.используются приведенные ниже компоновки ( рис. 8.5). Каждый символ отображается фрагментом, состоящим из четырех несущих.

Компоновка символов с помощью несущих: а) 3-х символов с помощью 4 –х поднесущих б) 3-х символов с помощью 3 –х поднесущих

Рис. 8.5. Компоновка символов с помощью несущих: а) 3-х символов с помощью 4 –х поднесущих б) 3-х символов с помощью 3 –х поднесущих

Каждый подканал содержит 6 фрагментов по 4 поднесущих в каждом и используемых в соответствии с рис. 8.5, таким образом, для одного подканала используется 24 поднесущих. Для 3 –х символов используется 24\times 3 =72. Из этих поднесущих образуется слот, содержащий 48 поднесущих для передачи данных и 24 поднесущих пилот сигнала. Результат разнесения поднесущих частот приведен в таблица 8.4.

Таблица 8.4. Распределение поднесущих в направлении "вверх" (UL)
Параметры Значение
Ширина полосы частот МГц 1,25 5 10 20
Размер преобразования Фурье 128 512 1024 2048
Число защитных поднесущих частот 31 103 183 367
Число используемых поднесущих частот 97 409 841 1681
Число фрагментов 24 102 210 420
Число подканалов 4 17 35 70

При распределении поднесущих "вверх" возможно использования фрагментов, показанных на рис.8.5б, которые содержат 3 поднесущих на фрагмент, что немного увеличивает число подканалов.

Всеволод Машинсон
Всеволод Машинсон
Россия
Владимир Савинов
Владимир Савинов
Украина, Киев, Киевский Политехнический Институт, 1996