Еквалайзування каналу даних системи LTE з частотно-селективними завмираннями та адитивним
Рубрика: Технічні науки
Бібліографічний опис:
У статті отримано результат еквалайзування сигналу, що пройшов канал передачі з частотно-селективними завмираннями і адитивним шумом гауса в системіLTEметодом інтерполяції кубічним сплайном. Представлена системна модель, що дозволяє досліджувати вплив каналу передачі на синхронізацію та опорні сигнали системи LTE. Показано ефективність інтерполяції методом кубічного сплайну.
Ключові слова: інтерполяція кубічним сплайном, еквалайзування,LTE, математична модель.
Технологія ортогонального частотного поділу каналів (OFDM - Orthogonal frequency division multiplexing) [1] використовується в багатьох системах зв'язку наступного покоління, таких як Long Term Evolution (LTE) [2] та Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) [3]. Вона не тільки забезпечує високу швидкість передачі інформації, а й має високу стійкість до частотно-селективних завмирань у каналі. Частотно-селективні завмирання виникають у тому випадку, коли приймач приймає кілька копій одного і того ж сигналу, які мають відмінний один від одного просторовий шлях і, відповідно, затримуються на величину часу, яка залежить від різниці шляхів проходження між прямим променем та його копіями, що призводить до проблеми демодуляції сигналу.
У технології LTE з метою оцінки каналу передачі передбачені спеціальні опорні сигнали (Reference Signal, RS). Існує кілька видів опорних сигналів. У роботі розглядається лише основний опорний сигнал, визначальний осередок (Cell-Specific), оскільки цей сигнал передається в будь-якому випадку, незалежно від того, чи підключені до мережі абоненти чи ні. Інші види RS є допоміжними. Завданням еквалайзера є найточніше згладжування спектра OFDM-символу прийнятих сигналів RS. Приймачу заздалегідь відомий вид RS і його розташування в ресурсній сітці, тому приймачеві не важко виділити RS в частотній площині. Далі, визначення впливу каналу потрібно визначити різницю між прийнятим і початковим сигналами RS.
Технологія LTE була обрана для систем зв'язку наступного покоління (4G), однак, на даний момент існує мало інформації про те, як ті чи інші методи еквалайзування впливають на правильну демодуляцію даних. У цій статті наведено результати оцінки каналу передачі методом інтерполяції кубічним сплайном [4], а також вплив різних каналів передачі різних методів цифрової модуляції. Метод інтерполяції кубічним сплайном був обраний тому, що він є одним із найпоширеніших і найпростіших у реалізації методів. Метою цієї статті є дослідження застосування методу інтерполяції кубічним сплайном для еквалайзування системи LTE.
Канал передачі,H&AWGN: Канал з частотно-селективними завмираннями та білим гаусовим шумом. Модель каналу складається з двох частин: реалізація частотно-селективних замирань та додавання білого гаусового шуму.
Реалізація частотно-селективних замирань: реалізована за допомогою затримки кожного променя на певну кількість відліків:
деSH— вектор сигналу — OFDM символ із частотно-селективними завмираннями;
Y- вектор сигналу - OFDM символ без частотно-селективних завмирань;
T- відліки затримки.
Реалізація адитивного білого шуму гауса: реалізована за допомогою вбудованого в MatLab генератора AWGN (Additive white Gaussian noise) [5]. Вимірюється потужність сигналу в дБ і в залежності від заданого відношення сигнал/шум (SNR - Signal-to-noise ratio), генерується шум з певною з SNR потужністю, після цього вектор сигналу складається з вектором шуму:
SH- вектор сигналу - OFDM символ із частотно-селективними завмираннями;
W— вектор білого шуму гауса.
Виділення RS та оцінка каналу: У приймачі генерується такий самий опорний сигнал, як і в передавачі. Приймач проходить первинну та вторинну синхронізацію, за якою він визначає конфігурацію мережі LTE і стає йому відоме розташування у прийнятому сигналі опорних сигналів. Для оцінки каналу та виділення RS потрібно провести наступну операцію:
деRSH- вектор відліків АЧХ каналу передачі;
DS— вектор відліків прийнятого сигналу частотної області;
RSGEN*— вектор комплексно-сполучених відліків опорного сигналу, що коректно відображені на частотній сітці.
Еквалайзування сигналу виконується за такою формулою:
деDEQ— вектор еквалайзованих відліків сигналу частотної області;
DS— вектор відліків прийнятого сигналу частотної області;
RSINTERP- вектор відліків передавальної характеристики каналу, отримані за допомогою інтерполяції.
Структура моделі OFDM, у межах якої проведено еквалайзування каналу, представлено малюнку 1.
Мал. 1. Структура моделі OFDM передавача/приймача
У роботі використані моделі каналів, відповідно до рекомендацій [6] для тестування апаратури системи LTE:
- EPA - Extended Pedestrian A model -модель "пішохода".
- EVA – Extended Vehicular A model – модель "автомобіля".
- ETU – Extended Typical Urban model – модель "міста".
Для кожної з цих моделей визначено кількість шляхів проходження променя, його затримка та ослаблення, характеристики яких наведені у таблиці 1 [6].
Характеристики моделей каналів передачі