ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 07.04.2021

Просмотров: 399

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
background image

1)

OFDM

  (

англ.

Orthogonalfrequency-divisionmultiplexing  —  ортогональное  частотное 

разделение  каналов  с  мультиплексированием)  цифровая  схема  модуляции,  которая  использует 
большое  количество  близко  расположенных  ортогональных  поднесущих.  Каждая  поднесущая 
модулируется по обычной схеме модуляции (например, 

квадратурная амплитудная модуляция

) на 

низкой символьной скорости, сохраняя общую скорость передачи данных, как и у обычных схем 
модуляции одной несущей в той же полосе пропускания. На практике сигналы OFDM получаются 
путем  использования  БПФ  (

Быстрое  преобразование  Фурье

).(  Алгоритм  OFDM  является 

упрощенным  вариантом  алгоритма  DMT.  В  отличие  от  DMT,  алгоритм  OFDM  использует 
единое значение спектральной эффективности q для всех частотных каналов.) 

Алгоритм 

Основные принципы и алгоритмы, в соответствии с которыми производится формирование 

линейного  кода  OFDM,  соответствуют  принципам  DMT.  Единственное,  однако,  существенное 
отличие  этих  двух  алгоритмов  заключается  в  способе  управления  пропускной  способностью 
элементарных  каналов.  Значения  пропускной  способности  элементарных  частотных  каналов, 
которые  формируются  алгоритмом  DMT,  могут  отличаться  в  различных  частотных  диапазонах. 
Алгоритм OFDM использует одно значение пропускной способности и скорости передачи данных 
для элементарных каналов всего частотного диапазона.

 

Преимущества 

Основным  преимуществом  OFDM  по  сравнению  со  схемой  с  одной  несущей  является  еѐ 

способность  противостоять  сложным  условиям  в  канале.  Например,  бороться  с  затуханием  в 
области ВЧ в длинных медных проводниках, узкополосными помехами и частотно-избирательным 
затуханием, вызванным многолучевым характером распространения, без использования сложных 
фильтров-эквалайзеров.  Канальная  эквализация  упрощается  вследствие  того,  что  OFDM  сигнал 
может рассматриваться как множество медленно модулируемых узкополосных сигналов, а не как 
один  быстро  модулируемый  широкополосный  сигнал.  Низкая  символьная  скорость  делает 
возможным  использование  защитного  интервала  между  символами,  что  позволяет  справляться с 
временным рассеянием и устранять межсимвольные искажения (МСИ). 

Обеспечение  высоких  скоростей  передачи  данных.  Несомненным  достоинством  этих 

методов  также  является  наличие  для  них  стандартов  ITU  и  ANSI  .  По  сложности  реализации, 
алгоритм OFDM занимает промежуточную позицию между алгоритмами CAP и DMT, что делает 
возможным его применение в мало серийных приложениях. 

Недостатки алгоритма 

Недостатком  алгоритма  OFDM  можно  считать  невозможность  избирательной  адаптации 

пропускной  способности  элементарных  каналов  к  частотным  характеристикам  линии. 
Элементарные  частотные  каналы  OFDM  должны  быть  разделены  технологическими 
заградительными  интервалами.  Чем  большее  будет  число  элементарных  частотных  каналов, 
тем шире  будет  совокупная  длина  частотного  интервала,  который  не  может  быть  использован 
непосредственно  для  передачи  данных.  Следствием  этого  является  невысокая  эффективность 
использования полосы пропускания линии в данном случае.  

Применение 

Проводная связь 

 

ADSL

 и 

VDSL

 

 

DVB-C2

улучшенная версия 

цифрового кабельного телевидения

 стандарта 

DVB-C

 

Беспроводная связь 

 

беспроводные системы связи стандарты 

IEEE 802.11

 и 

HIPERLAN/2

; 

 

наземные системы 

цифрового телевиденияDVB-T

 и 

ISDB-T

; 

 

наземные системы мобильного телевидения 

DVB-H

T-DMB

ISDB-T

 и 

MediaFLO

; 

 

система цифрового радиовещания 

DRM

; 

 

беспроводные системы связи стандарта 

Flash-OFDM

; 

 

беспроводные системы связи стандарта 

LTE

; 

 

беспроводные системы связи стандарта 

IEEE 802.16

 (WiMAX); 

 

беспроводные системы связи стандарта 

IEEE 802.20

IEEE 802.16e

 (MobileWiMAX) 

and

WiBro

; 

 

беспроводные системы связи стандарта 

IEEE 802.15.3a

. 


background image

Алгоритм модуляции DMT  

DMT  (DiscreteMultiTone)

  -  Дискретная  многотональная  модуляция.  В  DMT 

формируется  сразу  256  несущих  с  шагом  в  4  кГц.  DMT  использует  быстрое 
преобразование Фурье (БПФ) для модуляции и демодуляции. 

DMT 

использует 

модуляцию 

со 

многими 

несущими.  

Время  разбивается  на  стандартные  «периоды  символа»  (symbolperiod),  в  каждый  из  которых 
передается один DMT – символ, переносящий фиксированное количество бит. Биты объединяются 
в группы и присваиваются сигнальным несущим различной частоты. Следовательно, с частотной 
точки 

зрения, 

DMT 

разбивает 

канал 

на 

большое 

число 

подканалов.  

Пропускная  способность  зависит  от  полосы  частот,  то  есть  подканалы  с  большей  пропускной 
способностью  переносят  больше  бит.  Биты  для  каждого  подканала  преобразуются  в  сложное 
число,  от  значения  которого  зависит  амплитуда  и  фаза  соответствующего  сигнальной  несущей 
частоты.  
Таким  образом,  DMT  можно  представить  как  набор  КAM  систем,  которые  функционируют 
параллельно,  каждая  на  частоте  несущей  соответствующей  частоте  подканала  DMT.  Итак,  DMT 
передатчик  по  существу  осуществляет  модуляцию  путем  формирования  пакетов  сигнальных 
несущих для соответствующего количества частотных подканалов, объединения их вместе и затем 
посылки их в линию как «символа DMT». 

 

Многочастотный  алгоритм  DiscreteMultiTone  (DMT)  не  является  принципиально  новым. 

Основные  положения  этого  алгоритма  модуляции  были  сформулированы  и  запатентованы 
специалистами AmatiCommunications (на момент написания статьи эта компания являлась частью 
TexasInstrumentsInternetAccessgroup)  ещѐ  в  начале  1990  годов.  В  1993  году  технология  была 
выбрана ANSI в качестве алгоритма линейного кодирования для перспективных систем передачи 
данных.  Сложность  технической  реализации  данного  алгоритма  на  первоначальном  этапе 
развития  DSL–технологий  ограничивала  область  его  возможного  применения.  Однако  на 
настоящий  момент  алгоритм  DMT  имеет  многочисленные  технические  реализации  и  является 
одним из основных алгоритмов модуляции наиболее перспективных технологий ADSL и VDSL. 

Описание алгоритма 

 В  отличие  от  алгоритмов  QAM,  данный  алгоритм  использует  не  одну,  а  группу  частот 

несущих  колебаний.  При  использовании  этого  алгоритма  модуляции  весь  расчетный  частотный 
диапазон линии делится на несколько участков шириной по 4,3125 кГц. Каждый из этих участков 
используется для организации независимого канала передачи данных. 

 

Рис. 17. Спектр входящего потока сигнала стандарта G.DMT 


background image

На  рис.  17  представлен  вариант  частотной  организации  входящего  потока  стандарта 

G.DMT  для  варианта  ―echocancellation‖.  Для данного  варианта  в  направлении  абонента 
организуется  249  частотных  каналов.  Кроме  того, для  этого  варианта  характерно,  что  частотные 
диапазоны,  которые  используются  для  передачи  данных  входящего  и  исходящего 
информационных потоков перекрываются. На рис. 18 представлен вариант частотной организации 
входящего потока G.DMT. 

 

Рис. 18. Спектр исходящего потока сигнала стандарта G.DMT 
На  этапе  проверки  качества  линии  передатчик,  исходя  из  уровня  помех  в  частотном 

диапазоне участка, для каждого из этих каналов выбирает подходящую модуляционную схему. На 
чистых  каналах  с  малым  уровнем  шумов  могут  быть  использованы  алгоритмы  с  большими 
значениями  q,  например,  QAM  64,  в  то  время,  как  на  более  зашумленных  участках  могут  быть 
использованы более  простые  алгоритмы  модуляции,  например  QPSK.  Очевидно,  что 
использование  такого  принципа  регулирования  скорости  передачи  данных,  позволяет  наиболее 
точно  согласовывать  параметры  модулированного  сигнала  с параметрами  линии,  по  которой  он 
будет  передаваться.  При  передаче  данных  информация  распределяется  между  независимыми 
каналами  пропорционально  их  пропускной  способности,  приемник  выполняет  операцию 
демультиплексирования  и  восстанавливает  исходный  информационный  поток.  Рисунки  19  и 
20 иллюстрируют описанный выше процесс адаптации. 

 

Рис. 19. Спектральные характеристики линии, помехи и сигнала до адаптации 
На рис. 19 зеленым цветом обозначена неадаптированная частотная характеристика DMT–

передатчика.  Красным  цветом  выделена  кривая  зависимости  затухания  в  линии  от  частоты 
передаваемого сигнала. 

 

Рис. 20. Спектральная характеристика сигнала DMT после адаптации 


background image

Линией  синего  цвета  обозначена  частотная  помеха,  которая  постоянно  действует  в 

сравнительно  небольшом   участке  в  пределах  рабочего  диапазона  частот  передатчика.  После 
выполнения  операций  согласования  пропускной  способности  элементарных  каналов  с 
приведенными частотными характеристиками линии, зависимость скоростей передачи данных от 
частотного  номера  элементарного  канала  будет соответствовать  кривым,  которые  приведены  на 
рис. 20. 

Достоинства алгоритма 

Алгоритм  модуляции  DMT  представляет  собой  дальнейшее  развитие  идеи,  которая  была 

положена в основу алгоритмов QAM. В силу этого, он, безусловно, способен обеспечить высокую 
скорость  и  надежность  передачи  данных.  К  дополнительным  достоинствам  этого  алгоритма, 
безусловно,  относятся  возможность  оперативной  и  точной  адаптации  приемо-передающих 
устройств  к  характеристикам  линии  и  практически  повсеместное  признание  этого  алгоритма 
стандартизующими организациями (в первую очередь ANSI). 

Недостатки алгоритма 

Недостатками  алгоритма  модуляции  DMT  можно  считать  его  громоздкость  и 

недостаточную  технологичность.  Алгоритм  DMT  является  наиболее  сложным  для  аппаратной 
реализации среди всех алгоритмов, которые в настоящее время используются для формирования 
линейного  кода  устройств  DSL.  В  то  же  время,  дискуссии  о  том,  насколько  оправдана  эта 
сложность и насколько способность к адаптации этого алгоритма соответствует характеристикам 
реальных  линий,  после  утверждения  DMT  в  качестве  основного  алгоритма  линейного 
кодирования стандартов ANSI для ADSL и VDSL вряд ли целесообразны. 

 
 
 
 
 

 

 


background image

2) 2.2.5. Асинхронная и синхронная передачи 

При обмене данными на физическом уровне единицей информации является бит, поэтому 

средства  физического  уровня  всегда  поддерживают  побитовую  синхронизацию  между 
приемником и передатчиком. 

Канальный  уровень  оперирует  кадрами  данных  и  обеспечивает  синхронизацию  между 

приемником  и  передатчиком  на  уровне  кадров.  В  обязанности  приемника  входит  распознавание 
начала  первого  байта  кадра,  распознавание  границ  полей  кадра  и  распознавание  признака 
окончания кадра. 

Обычно  достаточно  обеспечить  синхронизацию  на  указанных  двух  уровнях  -  битовом  и 

кадровом,  -  чтобы  передатчик  и  приемник  смогли  обеспечить  устойчивый  обмен  информацией. 
Однако при плохом качестве линии связи (обычно это относится к телефонным коммутируемым 
каналам)  для  удешевления  аппаратуры  и  повышения  надежности  передачи  данных  вводят 
дополнительные средства синхронизации на уровне байт. 

Такой  режим  работы  называется 

асинхронным

  или 

старт-стопным

-передаются 

отдельные  символы,  которые  предоставлены  байтами  со  старт-стоповыми  символами.  В  таких 
случаях  заранее  не  предопределены  моменты  передачи  знака\байта.  Другой  причиной 
использования  такого  режима  работы  является  наличие  устройств,  которые  генерируют  байты 
данных  в  случайные  моменты  времени.  Так  работает  клавиатура  дисплея  или  другого 
терминального устройства, с которого человек вводит данные для обработки их компьютером. 

В  асинхронном  режиме  каждый  байт  данных  сопровождается  специальными  сигналами 

«старт»  и  «стоп»  (рис.  2.20,  а).  Назначение  этих  сигналов  состоит  в  том,  чтобы,  во-первых, 
известить приемник о приходе данных и, во-вторых, чтобы дать приемнику достаточно времени 
для  выполнения  некоторых  функций,  связанных  с  синхронизацией,  до  поступления  следующего 
байта. Сигнал «старт» имеет продолжительность в один тактовый интервал, а сигнал «стоп» может 
длиться  один,  полтора  или  два  такта,  поэтому  говорят,  что  используется  один,  полтора  или  два 
бита в качестве стопового сигнала, хотя пользовательские биты эти сигналы не представляют. 

 

Рис. 2.20.

 Асинхронная (а) и синхронная (б) передачи на уровне байт 

Асинхронным  описанный  режим  называется  потому,  что  каждый  байт  может  быть 

несколько  смещен  во  времени  относительно  побитовых  тактов  предыдущего  байта.  Такая 
асинхронность передачи байт не влияет на корректность принимаемых данных, так как в начале 
каждого байта происходит дополнительная синхронизация приемника с источником за счет битов 
«старт».  Более  «свободные»  временные  допуски  определяют  низкую  стоимость  оборудования 
асинхронной системы. 

При  синхронном  режиме  передачи  старт-стопные  биты  между  каждой  парой  байт 

отсутствуют.  Пользовательские  данные  собираются  в  кадр,  который  предваряется  байтами 
синхронизации (рис. 2.20, б). Байт синхронизации - это байт, содержащий заранее известный код, 
например  0111110,  который  оповещает  приемник  о  приходе  кадра  данных.  При  его  получении 
приемник  должен  войти  в  байтовый  синхронизм  с  передатчиком,  то  есть  правильно  понимать 
начало очередного байта кадра. Иногда применяется несколько синхробайт для обеспечения более 
надежной  синхронизации  приемника  и  передатчика.  Так  как  при  передаче  длинного  кадра  у 
приемника  могут  появиться  проблемы  с  синхронизацией  бит,  то  в  этом  случае  используются 
самосинхронизирующиеся коды. 

 
ТЕТРАДЬ + 44-45 СТР. МЕТОДИЧКИ