Como desmodular um sinal OFDM

Eu estou olhando para decodificar um sinal OFDM que consiste em 6 portadoras (ou tons) que são modulados em BPSK e um tom piloto que ajuda na sintonia. Esta é a primeira vez que trabalhei com o OFDM, então preciso saber se estou abordando isso da maneira correta.

A maneira como estou pensando em decodificar é usar o tom piloto para calibrar (como o receptor pode estar um pouco distorcido) e depois ter seis filtros de passagem de banda para separar cada portadora que é então desmodulada da maneira usual. Alguém pode ver algum problema com isso? ou você pode sugerir uma maneira melhor de fazer isso.

Uma das boas características do OFDM é que ele permite uma estrutura muito simples para o modulador e o demodulador: dado um conjunto de símbolos (em geral com valor complexo, extraídos de uma constelação de sinal como BPSK, QPSK ou QAM) para mapear para cada portadora, o modulador pode ser implementado usando uma transformada de Fourier inversa e discreta , normalmente implementada usando uma FFT . Cada conjunto de símbolos (um por portadora) é transformado para gerar um símbolo OFDM , que é então enviado ao canal. O comprimento da DFT será tipicamente escolhido para ser maior que o número de portadoras desejadas para permitir alguma "faixa de proteção" próxima à taxa Nyquist do sistema.

Além da estrutura baseada em DFT acima, a maioria dos sistemas OFDM também incorpora um prefixo cíclico , que permite a implementação simples de um equalizador no domínio da frequência. A equalização pode fornecer um desempenho aprimorado do link em ambientes de vários caminhos (por exemplo, muitos cenários de comunicação sem fio). Também pode ser usado para auxiliar na sincronização, conforme descrito abaixo.

A estrutura simples é transferida para o receptor; uma forma de onda OFDM pode ser desmodulada usando a transformação inversa à usada no transmissor, produzindo os valores do símbolo original. A inversa à DFT inversa usada no transmissor é uma DFT "regular" (direta). Assim, você verá frequentemente os receptores OFDM diagramados com um bloco "FFT" no front-end. A saída da transformação contém os valores dos símbolos mapeados em cada uma das transportadoras, incluindo todas as não utilizadas que compõem a faixa de proteção. O desmodulador obtém as amplitudes (de valor complexo) de cada uma das portadoras de interesse e as transmite a qualquer outra lógica de decodificação (equalização conforme descrito acima, decodificação de canal, mapeamento para bits etc.).

Como sempre, no entanto, a resposta não é tão simples; a explicação acima ignora algumas questões importantes que devem ser tratadas para um sistema prático:

• Sincronização de tempo: quando você realmente pensa em como criar um receptor OFDM, um dos primeiros problemas com os quais você se deparará é como alinhar o quadro FFT do receptor com o fluxo de amostras recebidas. A sincronização com o tempo do símbolo do sinal OFDM é necessária para alinhar adequadamente a operação FFT do receptor com o período de tempo apropriado no fluxo de amostra observado.

  Isso pode ser implementado usando uma abordagem baseada em correlação. Como afirmado anteriormente, a maioria das formas de onda OFDM inclui um prefixo cíclico, que é um esquema de adição forçada de alguma periodicidade circular à forma de onda transmitida. Isso pode ser explorado no receptor para obter a sincronização do símbolo; o detector de temporização simplesmente calcula a autocorrelação deslizante do fluxo de símbolos observado usando um atraso proporcional ao período conhecido entre o sinal transmitido e sua cópia cíclica. A magnitude do resultado atingirá um pico no instante que corresponde ao início de cada símbolo OFDM.

• Sincronização de freqüência:A sincronização de frequência fina também é essencial para a recepção robusta de OFDM, pois o erro de frequência causa interferência entre transportadoras. A correção do erro de frequência também pode ser estimada usando a saída do correlator do sincronizador de temporização. Como afirmado anteriormente, a autocorrelação do fluxo observado com um atraso igual ao atraso do prefixo cíclico tem uma grande magnitude no início de cada símbolo OFDM. A fase da saída do correlacionador fornece uma medida da quantidade de desvio de fase ao longo de cada tempo de símbolo. Esta medida de "desvio de fase por unidade de tempo" pode ser reformulada como uma medida de "desvio de frequência". Se o receptor puder assumir com segurança que o erro de frequência é constante ao longo de um tempo de símbolo (o que é razoável para muitos casos), o deslocamento de frequência em massa pode ser removido antes de calcular o DFT.

Pode haver ainda mais problemas para resolver em cada uma de suas operadoras, dependendo da modulação usada em cada uma. No caso simples do BPSK, você também pode precisar se preocupar com a sincronização de fase, se desejar um receptor coerente. No entanto, a sincronização do tempo e da frequência são os principais detalhes de implementação que freqüentemente pareciam ser encobertos na discussão das estruturas dos receptores OFDM.

Normalmente, o OFDM é desmodulado usando FFTs. Mas se você tiver um número muito pequeno de transportadoras, poderá usar um pequeno número de desmoduladores ortogonais de quadratura (DFTs de 1 compartimento ou filtros Goertzel de saída complexa), dependendo do número de transportadoras versus log (n). comprimento de cada quadro DFT (cada quadro de um comprimento em que a frequência de todas as transportadoras seja ortogonal entre si e o piloto).

Você também precisará encontrar uma maneira de sincronizar os quadros de decodificação para que eles não cruzem os tempos de transição dos quadros de codificação (nem perto do início de cada transição, onde os problemas com vários caminhos são mais prováveis).