Τεχνική διαμόρφωσης OFDM σε περιβάλλον διάχυτου φάσματος

Abstract

Με την παρούσα διπλωματική εργασία υλοποιείται η μελέτη των τριών βασικών τεχνικών μετάδοσης σε περιβάλλον Διάχυτου Φάσματος (Spread Spectrum). Αρχικά μελετάται η τεχνική Frequency Hopping, μετά η Direct Sequence Spread Spectrum (πλεονεκτήματα, μειονεκτήματα των δυο και γίνεται μια σύγκριση μεταξύ τους). Έπειτα αναλύεται πλήρως η τεχνική Orthogonal Frequency Division Multiplexing. Εξετάζονται αναλυτικά τα στοιχεία ενός τέτοιου συστήματος, ενώ γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στην τεχνολογία μετάδοσης OFDM που αυτό χρησιμοποιεί. Η Ορθογώνια Μέθοδος Διαίρεσης Συχνοτήτων (OFDM) αποτελεί μία ειδική περίπτωση διαμόρφωσης πολλαπλών φερόντων, η οποία επιτυγχάνει αποδοτική χρήση του διαθέσιμου φάσματος. Παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα αλλά και οι περιορισμοί που αυτή επιβάλει, καθώς και τα χαρακτηριστικά-παράμετροι που την προσδιορίζουν. Μέσα στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, μελετήθηκε η μέθοδος πολλαπλών φερόντων του OFDM για τη μετάδοση δεδομένων σε ασύρματες επικοινωνίες καθώς και συγκρίνεται η τελευταία με τις άλλες δύο παραπάνω τεχνικές. Μετά δημιουργείται το μοντέλο προσομοίωσης της OFDM Διαμόρφωσης σε Simulink και Πειραματικές Μετρήσεις παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων που διεξήχθησαν με χρήση του εργαλείου αυτού με τη χρήση Matlab Simulink, ώστε να μπορέσει να παρατηρηθεί η συμπεριφορά του σε διαφορετικά τηλεπικοινωνιακά περιβάλλοντα (περιβάλλον απλού θορύβου Gauss (AWGN) ή περιβάλλοντα πολυδιαδρομικής διάδοσης). Παρουσιάζεται επίσης ένα μοντέλο πομπού-δέκτη που την προσομοιώνει, το οποίο σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε σε περιβάλλον Simulink. Με την βοήθεια αυτού του μοντέλου γίνονται μετρήσεις με διαφοροποίηση βασικών χαρακτηριστικών του συστήματος μετάδοσης από τις οποίες προκύπτουν ορισμένες γραφικές παραστάσεις και συμπεράσματα. Στη συνέχεια, βασιζόμενοι στο πρότυπο του Matlab Simulink υλοποιούνται μοντέλα για συστήματα ασύρματα που καλύπτουν ευρύ φάσμα σχημάτων διαμόρφωσης, διαφόρων ρυθμών κωδικοποίησης. Μετά τη δημιουργία των αντίστοιχων μοντέλων, οι προσομοιώσεις που γίνονται μας δίνουν τη δυνατότητα σχεδιασμού καμπυλών πιθανοτήτων λάθους στη μετάδοση ως προς σηματοθορυβικό λόγο για κάθε κανάλι χωριστά και ανάλογα με τις εκάστοτε παραμέτρους διαμόρφωσης, κωδικοποίησης και λειτουργίας. Τα γραφήματα αυτά γίνονται αφορμή σχολιασμού της συμπεριφοράς της εκπομπής του ασύρματου τηλεπικοινωνιακού συστήματος με το εκάστοτε τηλεπικοινωνιακό περιβάλλον (κανάλια AWGN).

This diplomatic essay is a study of three basic transmission techniques in Spread Spectrum environments. The first techniques presented are Frequency Hopping and Direct Sequence Spread Spectrum, (advantages – disadvantages and comparison). Next the Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) technique is analyzed. The fundamental parts of such a system are thoroughly examined and a reference is made to the used OFDM transmission technology. The Orthogonal Frequency Division Multiplexing is a special case of multi-carrier manipulation, which achieves an effective use of the available spectrum. Its advantages and limitations are presented, as well as the characteristics-parameters that define it. In the context of this essay, the OFDM multi-carrier method, used for data transmission in wireless communications, was evaluated and compared to the already discussed methods.Then follows the creation of a simulation model of OFDM formation, in Simulink, and experimental measurements, which were made with the help of Matlab Simulink, are presented, in order to be able to observe its behaviour in different telecommunication environments (additive white gaussian noise – AWGN or multipath propagation environments). Moreover a sender/receiver model is presented that emulates it, designed and implemented in a Simulink environment. With the help of this model, measurements are performed with varying elemental characteristics of the transmission system, from which graphs and conclusions are drawn.Furthermore, based on the Matlab Simulink prototype, models for wireless systems, covering a wide variety of formation structure and different encoding ratios are designed. After the creation of each model the conducted simulations, allows us to design error possibility in transmission to signal noise ratio curves for each channel, according to modulation, encoding and functional parameters. These graphs allow us to comment on the behaviour of the wireless telecommunication systems transmission in each telecommunication environment (AWGN channels).