Повышение эффективности передачи данных в беспроводных системах связи с ортогональным частотным мультиплексированием

DOI:

Технология частотного разделения на ортогональные несущие является эффективным, современным способом передачи данных как в проводных каналах связи, так и в радиочастотных каналах.

Осуществляя передачу информации на многих несущих, широкополосный входной сигнал разбивается на несколько узкополосных сигналов в передающей стороне и принима-

ется в приемной. Существующая ортогональность между подканалами подавляет межканальную и межсимвольную интерференцию, тем самым, происходит достоверная передача данных.

Активное внедрение технологии ортогонального частотного мультиплексирования (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM) в настоящий момент начинают ши- роко применять в беспроводных системах передачи, телевидении, радиосвязи, радиовещании. Эффективность применения выделенной полосы частот на постоянной высокой скорости передачи позволяет бороться с помехами, возникающими при передаче полезной информации по радиоканалу [1].

Технология OFDM применяется во многих областях техники и связи. Например:

– в спутниковых системах связи;

– в радиорелейных системах связи;

– системе РАВИС (отечественная разработка), DVB (Т,Т2, Н, SH, T2lite), DAB, DAB+, DRM, DRM+,T-DMB, ISDB-T, MediaFLO, Eureca-147;

– в стандартах кабельного цифрового телевизионного вещания DVB-C2 и передачи данных ADSL и VDSL;

– в стандартах PLC;

– в стандартах ПД IEEE 802.11a/g/n/ас, IEEE 802.16d/e, IEEE 802.16m, LTE и LTE-A;

– в сети нового поколения 5G NR;

– использование в сверхширокополосных сетях передачи данных на основе стандарта IEEE 802.15.3a (Ultra-Wideband Technology, UWB) и последующих разработок.

Существенные недостатки в передатчике технологии OFDM:

– относительно медленное затухание боковых лепестков спектра, которое приводит к интерференции соседнего канала;

– защитный интервал (вводится для разделения сообщений по номеру канала), который приводит к появлению переходного процесса.

Существенные недостатки в приемнике технологии OFDM:

– на приемной стороне возникает рассинхронизация по частоте под воздействием аддитивных и мультипликативных помех как результат появление межсимвольной и межканальной интерференции;

– не выполняется основной принцип технологии ортогональности как следствие прерывание приема сообщений.

В системах передачи информации, основанных на беспроводной технологии MIМO и OFDM, распространение физического сигнала в пространстве приводит к дисперсии, что негативным образом влияет на приемную сторону и ведет к увеличению вероятности ошибки оценки принимаемого сообщения [2].

В работе была исследована программная модель MIMO OFDM (модуляторов и демодуляторов). В результате проведенного анализа была получена зависимость появления частоты ошибки от вероятности появления ошибки. Это показало, что использование OFDM и MIMO предъявляет повышенные требования к оцениванию канала. На рисунке 1 представлена зависимость частоты ошибок от вероятности нуля.

В результате эксперимента и в ходе проделанной работы по полученным данным можно сделать заключение, что если проводить оценку канала связи при использовании OFDM и MIMO, можно достичь требуемого качества передачи сообщений в современных радиоканалах с замиранием (рис. 2).

Проводили эксперимент по изменению количества приемно-передающих антенн и

Рис. 1. Зависимость частоты ошибок от вероятности нуля

О.Е. Сафонова, Е.Е. Арепьева, Н.Н. Ермакова. Повышение эффективности передачи данных соотношения сигнал/шум, получили зависимость появления ошибки (рис. 3) от количества приемопередающих антенн.

В итоге, определив зависимость вероятности появления ошибки (BER) от соотношения сигнал/шум (SNR), можно сделать вывод о том, что при увеличении количества приемных и передающих антенн помехоустойчивость значительно увеличивается.