Pilot tonları, döngüsel önekleri veya başka bir teknik kullanarak OFDM'de sembol senkronizasyonunun nasıl yapıldığını anlamaya çalışıyorum.

Bazı açıklamalar sağlayan aşağıdaki cevapları okudum, ama hala tam olarak anlamıyorum.

Bir OFDM sinyali nasıl demodüle edilir

Sonraki kanal tahmin algoritmaları için gerekli musluk sayısını nasıl tahmin edebilirim?

Özel sorular:

1) Pilot tonu nasıl bulunur? Bir alt taşıyıcıdaki normal verilerden farklı kılan nedir? Sembol başlangıç ​​ve bitişlerini belirlemek için nasıl kullanılabilir?

2) Yukarıdaki cevapları doğru bir şekilde anlarsam, sembol başlangıç ​​/ bitişini bulmak için döngüsel bir önek kullanılabilir, çünkü bazı gecikmelerle otomatik olarak ilişkilendirilecektir. Bununla birlikte, siklik önek ISI'yı "emmek" için mevcuttur. Önek ISI ile munged edilmişse, bu otomatik korelasyon nasıl başarılı olabilir?

OFDM sistemlerinde sembol senkronizasyonunun nasıl yapıldığına ilişkin genel sorunuzla ilgili olarak:

1. En popüler ve sık kullanılan tekniklerden biri , alıcıda bilinen bir veya birkaç pilot sembolün iletilmesidir . Bir pilot sembolü, her bir alt taşıyıcının değerinin önceden tanımlandığı ve verici ve alıcıda bilindiği eksiksiz bir OFDM sembolüdür. Kanalın ne kadar hızlı değiştiğine bağlı olarak belirli bir oranda tekrarlanır. Alınan sinyal OFDM sembol başlangıcını tespit etmek için pilot sembol ile ilişkilendirilir. Kanal tahmini için de kullanılabilir. Schmidl ve Cox [1] 'de pilot sembolün özel bir simetriye sahip olduğu bir pilot sembol tabanlı teknik geliştirmişlerdir, böylece pilot sembolün alıcıda bilinmesi gerekmez.

2. Jason R'nin yorumunda belirttiği gibi, başlangıç ​​amacı olmasa da, döngüsel önek sembol senkronizasyonu için de kullanılabilir, çünkü alınan sinyalin otokorelasyon yoluyla tespit edilebilen bir kısmının bilinen bir tekrarıdır. Özellikle hızlı değişen kanallar için çok uygundur, çünkü gecikme süresi sembol başına güncellenebilir. Ayrıca, ek bir ek yük oluşturmaz. Bununla birlikte, gürültüye [2] ve muhtemelen ISI'ya daha duyarlıdır.
   Düzenle: Bu yöntemle algılanabilecek maksimum gecikme bir OFDM sembolünün uzunluğudur. Bu nedenle sadece ince senkronizasyon için uygundur.

3. Biraz daha “egzotik” teknikler var. Bunlardan birinde, örneğin, alınan sinyalin zaman kaydırmalı versiyonlarının N-DFT (N = alt taşıyıcı sayısı) hesaplanır. DFT'yi yanlış zaman penceresine uygularsanız, ortaya çıkan takımyıldız şeması karışıklık yaratır. Doğru zaman penceresine sahipseniz, dengeleme digaram farklı takımyıldız noktalarını gösterir. Bu, DFT çıkışının standart sapması hesaplanarak tespit edilebilir. Bu yöntem, yüksek bir hesaplama maliyeti anlamına gelir.

Size özel sorular

Pilot tonu nasıl bulunur? Bir alt taşıyıcıdaki normal verilerden farklı kılan nedir? Sembol başlangıç ​​ve bitişlerini belirlemek için nasıl kullanılabilir?

Alınan sinyali senkronize ettikten sonra pilot tonları DFT'nin önceden tanımlanmış kutularındadır. Sistemi tasarlarken spektrumdaki pilot tonların yeri sabittir. Hem frekans hem de zaman alanında kanalın iyi bir yaklaşımını elde etmek için pilot tonların konumunun önceden tanımlanmış bir düzende değiştiği daha karmaşık şemalar vardır. Pilot tonları senkronizasyon için kullanılamaz, çünkü alınan sinyalin frekans tonlarında pilot tonları bile çıkarabilmeniz için alınan sinyalin önce senkronize edilmesi gerekir. Yanlış bir zaman aralığı kullanıldığını varsayın: alt taşıyıcıların ortogonalitesi kaybolacak ve DFT'nin sonucu art arda iki OFDM sembolünün bir karışımıdır. Bu doğrusal olmayan bir etkidir ve pilot sembolleri bu karışımdan çıkarılamaz. Pilot tonları, kanal tahmini ve bazen de faz gürültüsü azaltımı için kullanılır.
Düzenleme: Jim Clay, yorumlarında belirttiği gibi, gecikme için kaba bir değer biliniyorsa ve kalan gecikme döngüsel önek uzunluğunu aşmıyorsa, pilot tonları ile ince senkronizasyon mümkündür.

Yukarıdaki cevapları doğru bir şekilde anlarsam, sembol başlangıç ​​/ bitişini bulmak için döngüsel bir önek kullanılabilir, çünkü bazı gecikmelerle otomatik olarak ilişkilendirilecektir. Bununla birlikte, siklik önek ISI'yı "emmek" için mevcuttur. Önek ISI ile munged edilmişse, bu otomatik korelasyon nasıl başarılı olabilir?

Tüm senkronizasyon teknikleri gibi, bu yöntem de gürültü ve kanal dağılımından muzdarip olacak ve sonuç olarak, sadece yukarıda belirtilen etkilerin bir derecesinde çalışacaktır. Tam olarak hangi ölçüde çalıştığını belirlemek, birisinin kesinlikle zaten yapmış olduğu kapsamlı bir araştırma gerektirir.

[1] Schmidl, TM; Cox, DC; , "OFDM için sağlam frekans ve zamanlama senkronizasyonu", İletişim, IEEE İşlemleri, cilt 45, no.12, s.1613-1621, Aralık 1997

[2] van de Beek, JJ; Sandell, M .; Borjesson, PO; , "OFDM sistemlerinde ML zaman ve frekans ofseti tahmini," Sinyal İşleme, IEEE İşlemleri, vol.45, no.7, s.1800-1805, Tem 1997

How is a pilot tone found?

Alt taşıyıcılar açısından pilot tonların yeri sinyal protokolü ile tanımlanır. Örneğin, 802.11a durumunda pilot alt taşıyıcılar -21, -7, 7 ve 21'dir.

What makes it different than the regular data on a sub-carrier?

Alıcının pilot tonunun ne içerdiğini tam olarak bilmesi farklıdır. Taşıyıcı ofseti, sembol (zamanlama) ofseti, kanal efektleri (örn. Çoklu yol) vb. Tarafından getirilen gürültü ve bozulma dışında bir belirsizlik yoktur.

How can it be used to determine symbol starts and ends?

Dairesel kaymalar (bazen "namlu" kaymaları olarak da adlandırılır) FFT'lerde faz ofsetleri üretir. Döngüsel önek, tam zamanlı bir zaman kaydırması yapmak için sembolün sonunu ön plana çıkarır. Böylece, ters FFT gerçekleştirildiğinde, herhangi bir zaman ofseti tüm kanallarda bir faz ofseti yaratacaktır. Pilot tonların tam olarak ne olması gerektiğini bildiğimiz için, faz ofseti (orijinal semboldeki bir zaman ofsetine karşılık gelir) tespit edilebilir ve düzeltilebilir.

If I understand the answers above correctly, a cyclic prefix can be used to find the
symbol start/end because it will auto-correlate with some delay.

Yine, bu bir otomatik korelasyon olayı değildir, ters FFT, zaman kaydırmasını tespit etmek için pilot kanalları kullanabileceğimiz bir faz kaydırmasına çevirir.

However, the cyclic-prefix exists in order to "absorb" ISI. So if the prefix has been
munged with ISI, then how can this auto-correlation be successful?

Çoklu yol olmadan OFDM sinyalleri olan bir ISI yoktur. Endişelenmeleri gereken tek ISI, birincil sinyale müdahale eden gecikmeli çok yollu bir sinyal olduğunda. Kasıtlı olarak döngüsel öneki herhangi bir "normal" çok yollu gecikmeden daha uzun yaparlar, bu nedenle neredeyse her zaman bozulmamış bir FFT'nin bozulmamış veri değeri vardır.

Senkronizasyon, pratik iletişim sistemlerinde önemli bir görevdir, ancak doğrudan OFDM teorisi ile ilgili değildir.

Çerçeve Senkronizasyonu

Pratik iletişim sistemleri (IEEE 802.11 veya 802.3 gibi), farklı alanlardan farklı görevleri yerine getiren çeşitli alanlardan oluşan çerçeve denir. Tipik olarak, bir çerçevenin ilk alanı, sadece amacı olan bir başlangıç ​​ekidir.

• gelen kareleri algılama,
• alıcıyı vericiyle senkronize etmek,
• alıcıda otomatik kazanç düzeltmesi (AGC) yapmak (kablosuz iletişim sistemlerinde gereklidir).

Önsöz tipik olarak, en düşük doruk otokorelasyonu olmayan bir ikili kod olan bir Barker dizisinden oluşur. Bu kodun OFDM modülasyonlu olması gerekmez, ancak mevcut frekans bandı içindeki tek bir taşıyıcı üzerinde BPSK modülasyonlu olabilir. Alıcı gelen numune akışına eşleşen bir filtre uygular. Eşleşen filtrenin çıkışı belirli bir eşiği aşarsa, büyük olasılıkla gelen bir başlangıç ​​eki tespit etmiş olabilir. Barker kodunun zirve dışı otokorelasyon katsayıları minimum olduğundan, eşleşen filtrenin çıktısının zirvesi, çerçevenin sonraki alanlarını alıcının FFT'si ile hizalamak için gerekli bilgileri sağlar.

Eğitim Sırası

Önsözden sonra, bir çerçevenin bir sonraki alanı tipik olarak bir çeşit OFDM eğitim dizisidir . Eğitim dizilerinin temel amacı senkronizasyon değil bireysel alt taşıyıcıların kanal katsayılarını tahmin etmektir . Bazı protokoller uzun ve kısa eğitim dizileri arasında ayrım yaparken, önsöz ve kısa eğitim dizileri çerçevenin geri kalanına yayıldıktan hemen sonra uzun bir eğitim dizisi bulunabilir. Genellikle, alıcı önceden bilir

• Egzersiz dizilerinin çerçevedeki konumları ve
• eğitim dizilerinde yer alan pilot sembollerin değerleri.

Kanal katsayıları zaman içinde ortamdaki düğümlerin ve engellerin hareketliliği nedeniyle değişebileceğinden, OFDM yükü arasındaki kısa eğitim dizileri (yani, pilot semboller) ile elde edilen sözde tutarlılık süresi içinde yeniden tahmin edilmelidir. semboller. Tutarlılık süresi, maksimum Doppler yayılımının tersi olarak tahmin edilebilir. Ayrıca, bazı protokollerde, eğitim dizileri sadece birkaç eşit aralıklı alt taşıyıcıya iletilirken, aradaki diğer tüm alt taşıyıcılar taşıma yükü aktarımlarına devam eder. Bu, komşu alt taşıyıcıların kanal katsayıları birbiriyle ilişkili olduğundan çalışır. Bir solma kanalının tutarlılık bant genişliği, kanal gecikme yayılımının tersi olarak tahmin edilebilir.

Pratik sistemlerde, pilot sembollerin, ayrı alt taşıyıcıların SNR'sini tahmin etmek veya taşıyıcı frekans ofsetini tahmin etmek gibi başka amaçlar için de kullanılabileceğini unutmayın (aşağıya bakınız).

Çevrimsel önek

Birbirini izleyen OFDM sembolleri arasına yerleştirilen döngüsel önekin temel amacı, senkronizasyon değil veya sembol başlangıç ​​veya bitişlerini belirlemek değil, ISI (Semboller Arası Girişim) ve ICI (Taşıyıcılar Arası Girişim) azaltmadır.

ISI'nın Azaltılması

Çok yollu yayılma nedeniyle, iletilen dalga formunun çoklu kopyaları farklı zaman örneklerinde alıcıya ulaşır. Bu nedenle, art arda OFDM sembolleri arasında koruma alanı yoksa, iletilen bir OFDM sembolü alıcıdaki sonraki OFDM sembolü ile çakışarak ISI'ya neden olabilir. Zaman alanındaki ardışık OFDM sembolleri arasına bir koruma alanı eklemek bu etkiyi azaltır. Koruma alanı maksimum kanal gecikme yayılmasından daha büyükse, çok yollu tüm kopyalar koruma alanı içinde gelir ve sonraki OFDM sembolünü etkilenmez. Koruma alanının ISI'nın etkisini azaltmak için sıfır içerebileceğini unutmayın. Aslında, herhangi bir dijital iletişim tekniğinde koruma alanında ISI'nin etkisini azaltmak için döngüsel bir önek gerekmez.

ICI'nin Azaltılması

OFDM'de koruma boşlukları, çok yollu yayılma nedeniyle birden çok gecikmeli kopyanın alıcıya ulaşması şartıyla alt taşıyıcılar arasındaki dikliği korumak için döngüsel bir önekle doldurulur. Koruma alanı aslında vericide sıfırlarla doldurulmuşsa, alıcıya gelen çoklu kopyalar birbirine dik değildir (yani, bir şekilde ilişkilendirilir) ve bu da ICI'ye neden olur.

Taşıyıcı Frekans Ofseti (CFO) ve Faz Gürültüsü

Pratik sistemlerde, vericinin ve alıcının taşıyıcı frekans osilatörlerinin frekansta hafif bir ofseti vardır ve bu da zamanla faz kaymasına neden olur . Ek olarak, pratik bir osilatörün güç spektral yoğunluğu, ideal bir delta işlevi değildir, bu da faz gürültüsüne neden olur. Faz gürültüsü CFO'nun sürekli değişmesine neden olarak faz kaymasının hız ve yönünün değişmesine neden olur. Alıcıyı alınan sinyale yeniden senkronize etmek, yani gelen sinyalin fazını izlemek için çeşitli teknikler vardır . Bu teknikler ek olarak sinyalde pilot sembollerin varlığından yararlanabilir ve / veya kör tahmin ve korelasyon tekniklerini uygulayabilir.

Ayrıca , Matlab kodunda yukarıda açıklanan teknikleri kapsayan, yazılım tanımlı telsizler için açık kaynaklı bir OFDM çerçevesine sahibim .

Deve & Jim Clay'in mükemmel tepkilerini kabaca özetlemek gerekirse:

Sembol Senkronizasyonu iki farklı görevden oluşur - sembol sınırlarının yaklaştığı kaba sembol senkronizasyonu ve kaba senkronizasyonun biraz ayarlandığı ince sembol senkronizasyonu. Genellikle ince senkronizasyon daha az hesaplama yoğunluğuna sahiptir ve bu nedenle kanaldaki değişikliklere uyum sağlamak için daha sık yapılabilir.

Verici ve alıcı tarafından bilinen önceden tanımlanmış özel semboller olan pilot sembolleri, zaman alanında sembol arayarak kaba senkronizasyon yapmak için kullanılabilir ("otomatik korelasyon")

Bir alt taşıyıcının aşaması, bir pencereden diğerine tahmin edilebilir bir şekilde değişmelidir. Örneğin, BPSK'da, faz bir pencereden diğerine 0 veya pi radyandan beklenen değerinden uzakta olmalıdır. Farklı pencere konumlarını deneyerek ve birden fazla alt taşıyıcıyı test ederek (daha iyi gürültü bağışıklığı için) kaba sembol senkronizasyonu elde edilebilir. Bu "egzotik" bir yöntemdir.

Başlangıcına önceden eklenmiş sembolün devamı olan döngüsel önekler, otomatik korelasyon yoluyla ince korelasyon için kullanılabilir.

Pilot tonları, önceden seçilmiş belirli alt taşıyıcılardır. Belirli bir yinelenen desen taşırlar. Kanal tahmini için kullanılırlar ve ayrıca ince senkronizasyon için kullanılabilirler.