Імпульси Найквіста в системі з OFDM

Abstract

Технологія мультиплексування з ортогональним частотним поділом каналів або OFDM дозволяє перетворити один високошвидкісний потік даних у паралельні низькошвидкісні потоки, де кожен потік передається у каналі зі своєю субнесучою частотою. На відміну від FDM, де між каналами є захисна смуга частот, канали у системі з OFDM перекриваються між собою, що вимагає ортогональних властивостей між базовими імпульсами передавача і приймача для уникнення міжсимвольної (МСІ) і міжканальної (МКІ) інтерференції. У традиційній OFDM як обвідна базових імпульсів передавача і приймача використовується прямокутний імпульс. Вибір саме прямокутної обвідної зумовлений про- стотою її форми і додатково дозволяє реалізувати процес прийому OFDM сигналу із застосуванням технології швидкого перетворення Фур’є (FFT). Недоліком в цьому випадку є підвищений рівень поза- смугового випромінювання у частотній області, а також підвищена чутливість системи до ефекту Доплера. Особливістю спектра радіоімпульсу з прямокутною обвідною є максимум спектральної щільності на частоті несучої і безліч нулів, розташованих через однакові частотні інтервали, тобто спектр є селективним. У роботі показано, що така особливість спектра для OFDM не є випадковою. Зі свого боку імпульси Найквіста — це вид імпульсів, які мають один максимум і безліч нулів, розташованих через однакові інтервали. Тобто, спектр радіоімпульсу з прямокутною обвідною може розглядатися як імпульс Найквіста, якщо час і частоту поміняти місцями. У роботі розглядаються загальні критерії щодо форми неперервних базових імпульсів передавача і приймача. Встановлюються вимоги щодо форми базових імпульсів приймача при селективному спектрі базових імпульсів передавача. Досліджуються особливості застосування технології швидкого перетворення Фур’є за базових імпульсів передавача з селективним спектром.

Orthogonal frequency division multiplexing or OFDM technology allows converting a single high-speed data stream into parallel low-speed streams, where each stream is transmitted in a channel with its own subcarrier frequency. Unlike FDM, where there is a protective band gap between channels, channels in an OFDM system overlap, what requires orthogonal properties between base pulses of transmitter and receiver to avoid intersymbol (ISI) and inter-channel (ICI) interference. In traditional OFDM, a rectangular pulse is used as envelope of base pulses of the transmitter and receiver. Choice of the rectangular envelope is due to simplicity of its shape and additionally allows implementing the process of receiving OFDM signal using fast Fourier transform technology (FFT). Disadvantage in this case is the increased level of out-of-band emission in frequency domain, as well as increased sensitivity of system to the Doppler effect. Main feature of spectrum of radio pulse with rectangular envelope is the maximum spectral density at the carrier frequency and many zeros located at equal frequency intervals, what means that spectrum is selective. The paper shows that this feature of spectrum for OFDM is not accidental. In turn, Nyquist pulses are a type of pulses that have one maximum and many zeros located at equal time intervals. That is, the spectrum of radio pulse with rectangular envelope can be considered as a Nyquist pulse if time and frequency are replaced. The paper considers general criteria for shape of continuous base pulses of the transmitter and receiver. Requirements are set for shape of receiver base pulses if transmitter base pulses have selective spectrum. Usage features of fast Fourier transform technology for transmitter base pulses with selective spectrum have been investigated.