Ultra Wide Band – UWB (4.)

MB-impulsni OFDM sistem zadržava planiranu grupu originalne MB-OFDMšeme. Samo se zamenjuje svaki OFDM simbol impulsnim OFDM simbolom. Impulsni OFDM simbol se dobija zamenom NF signala impulsa za uobličavanje sa regularnim nizom impulseva malog faktora ispune.

Impulsni OFDM simbol u r-tom vremenskom intervalu može da bude predstavljen istom formulom kao i za ne-impulsni OFDM signal:

(2.2)

pri čemu je p(t) niz imimpulsa sa faktorom ispune manjim od jedan, tj.:

(2.3)

U gornjoj jednačini Nje broj podnosilaca, s(t)je mono-impuls trajanja , a je vreme razdvajanja između impulsa veće od .

Predajnik impulsne OFDM

Impulsni OFDM se prosto generiše menjanjem DAC u OFDM predajniku sa generatorom impulsnog niza. Generator proizvodi ampltudno modulisane impulse čiji je faktor ispune manji od jedan. Ako je inverzni faktor ispune ceo broj, tada se isti signal može generisati pomoću up-sampling digitalnog OFDM modulisanog signala u osnovnom opsegau pre njegove D/A konverzije. Up-samplingse dobija ubacivanjem K-1 nula između odbiraka signala. Dobijeni impulsni OFDM signal je tada niz impulsa čiji je faktor ispune jednak 1/K. Obe strukture predajinika, sa generatorom impulsa malog faktora ispune (a), i sa up-samplingu digitalnom domenu (b) su prikazane na sledećoj slici.

Sl.2.2- Struktura predajnika impulsne OFDM: a) implementacija sa generatorom impulsa sa malim faktorom ispune; b) implementacija sa nad-odabiranjem i digitalnom domenu.

Spektar impulsnog OFDM signala

Spektar impulsnog OFDM signala se lako izvodi pomoću impulsnog odziva s(t) D/A konvertora, ili ekvivalentno tome iz niza impula p(t).

Sl.2.3- a) Spektar impulsnog niza sa N=4 impulsa i faktorom ispune 1/5; b) spektar odgovarajućeg impulsnog-OFDM signala.

Prethodna slika predstavlja spektar niza impulsa sa N=4 impulsa po nizu i faktorom ispune 1/5 (a), i spektra odgovarajućeg impulsnog- OFDM signala sa 4 podnosioca.

Spektar impulsnog OFDM signala može da se izračuna ako poznajemo činjenjicu da se impulsni OFDM signal generiše nad-odabiranjem normalnog OFDM signala. Spektar impulsnog-OFDM signala se predstavlja formulom:

(2.4)

gde je spektar originalnog OFDM signala. Glavna prednost ove šeme u poređenju s tradicionalnom šemom frekvfencijskog ponavljanja jeste ta da se jednostavno implementira. Ona automatski garantuje da je najmanje rastojanje između bilo koja dva podnosioca koji nose iste simbole, najveće. Može se očekivati da će složenije i sofisticiranije šeme frekfencijskog kodiranja doneti bolje performanse.

Prijemnik impulsne OFDM

Grane diverzitija obezbeđene pulsiranjem se mogu kombinovati u prijemniku da bi savladali feding u kanalima sa višestrukim prostiranjem (multipath). Pošto je svaka grana ekvivalentna normalnom primljenom signalu, moguće je demodulisati svaku granu korišćenjem normalnog OFDM demodulatora na bazi FFT primljenog signala u toj grani. Izlaz svakog podnosioca u svakoj grani je jednak simbolu koji se prenosi na tom podnosiocu modulisanom sa dobitkom kanala sa ravnim fedingom (odgovara Fourierovoj transformaciji impulsnog odziva podkanala).

Sl.2.4- Struktura prijemnika za impulsni-OFDM sistem.

Da bismo uporedili impulsne i neimpulsne OFDM modulacije u realnim uslovima, koristićemo standard 802.15.3a kao osnovu. Uporedićemo MB-impulsni-OFDM sistem projektovan za brzinu prenosa od 106.7 Mb/s sa odgovarajućim MB-OFDM sistemom

Sistemski parametri

Da bi impulsni-OFDM sistem radio pri brzini od 106.7 Mbps bira se procesno pojačanje K=4 sa N=32 podnosioca; 25 podnosilaca koriste se za slanje 25 QPSK simbola (generisanih od 50 kodiranih bita), a preostali podnosioci se koristite kao piloti ili kao zaštitni podnosioci. Da bi oba sistema imala istu brzinu prenosa, impulsni OFDM sistem će koristiti konvolucioni kod za korekciju sa kodnim količnikom 2/3 (umesto 1/3).

Poređenje složenosti

Oba sistema imaju isti prednji kraj RF. U analognom domenu oba sistema će imati sličnu složenost i potrošnju. U digitalnom domenu, impulsni OFDM sistem se bolje pokazuje u smislu potrošnje i kompleksnosti.

Smanjivanje kompleksnosti dolazi zbog prednosti impulsne OFDM koja koristi manji broj podnosilaca (koristi se samo 32-point IFFT, a osnovni koristi 128-point IFFT ). Takođe, kompleksnost impulsnog OFDM prijemnika je manja nego MB-OFDM prijemnika.

Poređenje potrošnje

Pored smanjene kompleksnosti, najveća prednost impulsnog OFDM sistema u odnosu na ne-impulsni OFDM sistem jeste u smanjenju potrošnje. Potrošnja VLSI čipa je određena brzinom takta, napajanjem i kapacivnosti električnog kola. Impulsni OFDM radi sa manjom takt frekvencijom, što je prikazano na sledećoj tabeli. Brzina takta različitih delova predajnika i prijemnika prikazana je za oba sistema. Iz tebele se može primetiti da je i u impulsnom OFDM smanjena potrošnja.

Tabela 2.2- Brzina takta u različitim delovima predajnika za ne-impulsnu i impulsnu OFDM.

Poređenje performansi

Poređenje performansi impulsnog i neimpulsnog OFDM sistema je dato kroz rezultate simulacije oba sistema na CM3 i CM4 modelima kanala standarda IEEE 802.15.3a. Na slici koja sledi prikazani su rezultati simulacije oba ova sistema; na kanalu CM4 pri brzini od 106.7 Mbps ovaj model kanala ima proširenje kašnjenja od 250 ns i na slici se može videti BER-a u odnosu na rastojanje za oba sistema. BER mora da bude manji od 10^-5 da bi dostigla paketska greška manja od 8%, kao što zahteva CFP (call for proposal) dokument.

Sa slike se vidi da impulsni OFDM sistem može da radi do udaljenosti od 9,7 m, a neimpulsni OFDM na svega 8,8m.

Sl.2.5- BER u funkciji rastojanja za impulsnu i ne-impulsnu OFDM na CM4 kanalu.

Na sledećoj slici vidi se simulacija oba sistema na kanalu CM3. Za razliku od CM4, CM3 ima proširenje kašnjenja od 15 ns. Na ovom pogodnijem kanalu, impulsni OFDM, bez obzira na manju kompleksnost i manju potrošnju, radi na neznatno većoj udaljenosti pri BER-u od 10^-5.

Sl.2.6- BER u funkciji rastojanja za impulsnu i ne-impulsnu OFDM na CM3 kanalu.

MB-OFDM sistem koristi prednosti OFDM modulacije da bi implementirao veću brzinu prenosa kod UWB sistema za rad na bežičnim kanalima u zatvorenom prostoru sa izraženim višestrukim prostiranjem. Sistem ima sposobnost da koristi frekvencijski diverziti i da apsobruje energiju višestrukog prostiranja bez implementacije kompleksnijeg rakeprijemnika. Može da koristi bolje šeme proširenja (spreading) za poboljšanje performansi i za smanjenje kompleksnosti. Impulsni OFDM je jednostavna tehnika frekvencijskog proširenja koja se koristi da bi smanjila kompleksnost MB-OFDM sistema. Ona smanjuje prekomerno kodiranje i broj podnosilaca a da ne utiče na procesno pojasčanje i ukupne performanse.