BC/NW 2009, №1 (14): 5.1

ОЦЕНКА ИСКАЖЕНИЙ СИГНАЛА OFDM ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЧЕРЕЗ НЕЛИНЕЙНЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Коваль В.В., Борисов В.А.

(Москва, Московский Энергетический Институт (ТУ), Россия)

Основным требованием, предъявляемым к современным системам цифровой радиосвязи, является высокая скорость и надежность передачи данных в сложных условиях распространения сигналов. В последние годы широкое распространение получил метод ортогонального частотного разделения со многими поднесущими (OFDM - Orthogonal frequency-division multiplexing). Данная технология обеспечивает высокую спектральную эффективность и позволяет наилучшим образом справляться с межсимвольными искажениями сигналов, обусловленными каналом связи с многолучевым распространением, что особенно важно при использовании систем беспроводной связи в городских условиях. Высокая скорость передачи в OFDM-системах достигается путем параллельной передачи информации по большому числу ортогональных частотных подканалов (поднесущих). Быстрое и экономичное формирование ортогональных поднесущих достигается за счет применения алгоритмов быстрого преобразования Фурье (БПФ), а для защиты от межсимвольной интерференции в начало каждого символа вводится специальный защитный интервал (циклический префикс).

Наряду с указанными достоинствами OFDM обладает недостатками, основным из которых является высокая чувствительность к нелинейным искажениям, возникающим в радиотрактах аппаратуры связи. При прохождении группового сигнала OFDM через нелинейные каскады нарушается ортогональность поднесущих, что приводит к их взаимному влиянию и, в конечном итоге, к снижению помехоустойчивости цифровой передачи.

По вышеописанному вопросу было проведено немало исследований, например, [1, 2, 3]. Но в этих работах принят ряд допущений, ограничивающих область исследования и влияющие на достоверность результатов. Так, например, делается допущение о том, что при большом числе поднесущих комплексная огибающая группового сигнала OFDM носит гауссовский характер. Такое допущение позволяет применить для анализа помехоустойчивости систем с OFDM хорошо развитую теорию нелинейных преобразований гауссовских случайных процессов. В этих работах сигнал и помехи, возникающие в нелинейном тракте, рассматриваются как гауссовский шум.

В работе проведен сравнительный анализ искажений сигналов OFDM и Найквиста в нелинейном усилительном тракте.

Для сигналов OFDM и Найквиста найдены точные и компактные аналитические выражения для расчета отношения сигнал/помеха, требуемой мощности поднесущих сигнала OFDM и уровня внеполосного излучения на выходе нелинейного тракта. Полученные в работе выражения учитывают следующие параметры: мощность сигнала и вид модуляции, число поднесущих OFDM и длительность защитного интервала. В работе рассмотрена нелинейность усилительного тракта третьего порядка, так как именно такая нелинейность оказывает наибольшее влияние на прохождение сигналов через тракт.

Результатом работы являются полученные мной точные аналитические выражения, не требующие заметных вычислительных затрат. Предлагаемая методика позволяет проанализировать и оценить различные характеристики систем передачи данных с сигналами OFDM.

Список литературы:

1. Costa E., Midrio M., Pupolin S. Impact of amplifier non-linearities on OFDM transmission system performance //IEEE Communications Letters, Vol. 3, no. 2, pp 106-114, 1999

2. Bannelli P., Cacopardi S. Theoretical analysis and performance of OFDM signals in nonlinear AWGN channels //IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, No. 3, pp 430-441, 2000

3. Dardari D., Tralli V., Vaccari A. A theoretical characterization of nonlinear distortion effects in OFDM systems // IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, No. 10, pp 1755-1764, 2000