OFDM 공부 자료_1
OFDM
다중 반송파 전송
Multi-Carrier Transmissions
Serial data symbols
● Divides the bit stream into N substreams (serial to parallel)
Serial data를 모두 펼쳐준다.
● Modulates substream with bandwidth W/N
-> Separate sub-carriers
-> B/N<Bc flat fading (no OFDM ISI)
각각의 서로 다른 중심주파수(캐리어)를 곱해서 더하여 보냄 =
● FDM has substreams completely separated
● Orthogonal FDM overlaps substreams = OFDM
-> More spectrally efficient
-> Substreams separated in receiver
● Efficient FFT Implementation
-> OFDM과 같은 기술으로 볼 수 있음.
Why Multi-carrier?
Time domain 에서 Delay가 발생할 경우 여러 개의 신호가 나옴
Frequency doain에서 보면 신호의 출렁임이 생김
Problems on high speed transmission
Low symbol rate(small bandwidth)
Ts: symbol duration
고속 전송을 위해서는? symbol 길이를 줄임 -> Bs가 늘어나게 됨
symbol을 줄일 경우에 Multipath channel 에서 문제가 생김.
Relatively small ISI -> Ts>>td, Bs<<Bc
Symbol 길이가 짧아질 경우엔 문제가 생김
Frequency selective fading channel
Relatively large ISI -> Ts<td, Bs>Bc
고속전송을 위해 Ts를 줄일 경우 성능에 큰 타격을 받을 수있음.
Concept of multi-carrier transmission
Parallel transmission of low speed data via Frequency division multiplexing(FDM)
*고속전송을 하기 위해 대역폭을 늘리게 됨. 그 대역폭들을 잘게 쪼개게 됨.
대역폭을 좁힌만큼 symbol 늘어남. 대신 여러개를 사용할 수 있게 됨.
위 그림과 같이 하면 서로 다른 대역에 정보를 실어 보냄.
Multipath 로 가더라도 ISI가 굉장히 작음.
Symbol 길이를 늘려서 parellel로 하는 것이 다중 반송파의 기본 개념.
Example) Single carrier vs Multi-carrier
* Transmission rate : R = 1/T = 8Msym/sec
* Maximum Channel delay: tmax = 220usec
심볼의 길이 Ts = 1/8M = 0.125us
ISI(single carrier) = tmax / T = 220x10^-6 x 8 x 10^6 = 1800
ISI(multi carrier system with N=8192 subcarriers) =
Ts = 0.125 x 8192us 까지
-> tmax/NT = 220x10^-6 x 8 x 10^6/8192 = 0.2 -> 그 다음 symbol의 20%에 영향
Concept of parallel transmission
각각의 부반송파를 곱해서 보내는 것이 FDM 방식
OFDM: Orthogonal FDM
N subchannel signals, orthogonal to each other, generated jointly
In traditional FDM, signals are generated separately for each subcarriers.
Orthogonality of carriers
벡터의 내적은 0이 됨.
cos함수 -> 벡터 내적 시, 자기 자신끼리하면 상수가 나오고, 다른 주기(배수)와 하면 0이 나옴. 적분 시 1주기 적분 = 0
OFDM에서는 FDM에 비해 같은 대역폭에서 더 캐리어 많이 사용
Bandwidth를 절반만 사용하여도 같은 양의 data를 보낼 수 있음.
● OFDM 은 FDM 다중반송파 전송의 모든 장점을 가지고 있음.
Symbol duration 넓게 -> delay spread 감소
Guard loss 가 1dB 이하
FEC(forward error correction) coding 을 사용하여 deep fades 찾음.
->데이터를 보내기전에 수신단에서 고칠 수 있도록 미리 손써둠.
OFDM signal generation
OFDM을 만드는 과정
N개의 parellel 데이터
A라는 크기
e^j*phi -> 캐리어
e^(wo+n*delta*w)kT -> 각각의 주파수가 orthogonal 함
근데 이 과정이 IFFT 과정과 거의 동일한 과정이라고 볼 수 있음.
4개의 신호가 있다고 가정.
time domain 에서 봤을 때, dynamic range가 커짐
PA의 non-linear 부분으로 갈 경우, 손상이 생김
PAPR 문제. OFDM 가장 큰 단점
Peak to Average Power Ratio (첨두 전력 대 평균 전력 비)
전체적인 흐름도.
Guard time and Cyclic Prefix
뒷 부분을 copy해서 앞으로 옮겨줌.
수신단에서 직교성을 유지할 수 있도록 cyclic prefix 를 붙여준다.
Delay 가 Guard time 보다 짧을 경우 사용 가능.
OFDM 설계 시 고려해야 될 사항
Subcarrier 수를 몇 개로 할지?
Subcarrier 수가 증가 할 수록 symbol duration 이 길어 짐. Symbol 길면 길 수록 Time Selectivity 함(사용자가 움직이는 상황을 고려 함
Subcarrier 수가 감소 할 수록 symbol duration 이 잛아 짐. ISI 문제 발생할 수 있음.
Guard time 길이를 얼마나 할지? (=Guard interval)
Long Guard interval -> power loss
Short Guard interval -> sensitive to the frequency-selectivity -> less robust to the delay spread