بخشی از مقاله
شناسايي واستخراج مشخصات مدولاسيون OFDM با آناليزطيفي
چکيده - در طي سالهاي اخير شناسايي مدولاسيونهاي مختلف در تکنولوژيهاي امروزي مخابرات نقش ويژهاي يافته است . با به کاربردن مدولاسيونهاي OFDM و MIMO رسيدن به اين هدف پيچيدهتر شده است .در اين مقاله با تخمين پارامترهاي سيگنال OFDM و از روش آناليز طيفي سيگنالهاي چند حاملي تشخيص داده مي شوند. اين روش به هيچ داشته اوليه اي احتياج ندارد و با پردازش مستقيم سيگنال واستخراج مقاديري چون تعداد زير حامل ها، طولCP ،طيف توان و ميزان آفست فرکانسي ، سيگنال OFDM از ديگر مدولاسيونها تشخيص داده مي شود.نتايج شبيه سازي نشان مي دهد که پارامترهاي استخراجي در کانال محو شونده و همراه با نويز گوسي سفيد قابل قبول مي باشد.
کليد واژه- مدولاسيونOFDM ،CP ، طيف توان، توزيع انرژي.
١- مقدمه
شناسايي کور مدولاسيونهاي ديجيتال به عنوان يکي از موضوعات مورد نياز در ارتباطات امروزي مطرح شده است .اين موضوع نقشي عمده در مانيتورينگ خدمات شهري،تاييد سيگنال، تاييد تداخل ، تشخيص فرستندههاي غير مجاز وجنگ اکترونيک دارد.
مدولاسيونOFDM يک روش مدولاسيون است که بر اساس اصل انتقال همزمان n فرکانس متعامد کار مي کند.اين مدولاسيون در تبادل اطلاعات با حجم بالا مورد استفاده قرار مي گيرد.در سالهاي اخير اين روش مدولاسيون به دليل توانايي مقابله با تداخل باند باريک و فرکانس محوشدگي کاربرد ويژه اي پيدا کرده است .اين روش در طي دهه هاي ١٩٦٠و١٩٧٠ شناخته شده بود اما به دليل احتياج به سخت افزارهاي الکترونيکي پيچيده تا زمان پيشرفت تکنولوژي کامپيوتر، هوش مصنوعي و نيمه هاديها به صورت يک تئوري باقي ماند.اين روش براي پخش راديويي ديجيتال به خصوص در شبکه DAB به کار رفت .سپس در پخش تلويزيوني اروپا نيز استفاده گرديد.OFDM در تمام تکنولوژي هاي جديد بي سيم که امروزه توسعه يافته کاربرد ويژهاي پيدا کرده است .شبکه هاي بي سيم محلي (WLAN) استانداردهاي a٨٠٢١١ IEEE مانندWi-Fi ، بي سيم عريض (WMAN) مانند Wi-max نيز از اين مدولاسيون استفاده نمودند و به همين ترتيب تکنيکهاي OFDM به سرعت در حال تبديل شدن به يک روش عمومي در شبکه هاي مخابراتي پيشرفته هستند، به گونه اي که در سيستم هاي نسل بعدي مخابرات (G٤) مدولاسيونOFDM يکي از کانديداهاي اساسي به شمار مي رود.بنابراين مطالعه وتحقيق بر روي شناسايي سيگنالOFDM از ديگر مدولاسيونها بسيار با اهميت مي باشد.
در حال حاضر برخي از تحقيقات بر پايه محاسبات آماري درجه بالا براي شناسايي OFDM از مدولاسيون هاي تک حاملي به کار مي رود[ ٤-١] که نتايج مشخصي از آن به دست آمده است .در مرجع [٢] نويسنده از گشتاورهاي مرتبه بالا براي تشخيص اين مدولاسيون از مدولاسيون هاي تک حاملي استفاده مي کند .در اين روش مقدار SNR برابر صفر و احتمال شناسايي ٩٥% است ، اگر چه پيچيدگي محاسباتي اين روش نيز زياد است .در مراجع [٣] و [٤] نيز از گشتاور مرتبه چهارم استفاده مي شود اما در اين روش فاز سيگنال قابل دستيابي نيست .يکي ديگر از روش هاي به کار رفته در تشخيص اين مدولاسيون استفاده از تبديل موجک است .در روش [٦] با دوبار تبديل موجک گرفتن از سيگنال دريافتي پارامتر هاي سيگنال اصلي استخراج مي شود اما در اين روش دانستن فرکانس هاي حامل و نرخ نمونه برداري الزامي است .
استخراج کورمشخصات مدولاسيون OFDM شامل سه مرحله است :
. تخمين فرکانس نمونه برداري
. تخمين تعداد زيرحامل ها
. تخمين طولCP و آفست فرکانسي
براي تقويت الگوريتم هاي شناسايي ما پارامترهاي توزيع انرژي P و نقطه اوج طيف توان را به کار مي بريم .
در ادامه مقاله در بخش دوم ويژگي هاي طيفي مدولاسيون هاي مختلف (QAM١٦,QAM٨,FSK٤,FSK٢,ASK٤,ASK٢) به صورت جزئي تر تشريح مي شود.براي شبيه سازي از نرم افزار MATLAB و Monte Carlo استفاده شده است .
نتايج اين شبيه سازي در قسمت سوم مقاله آمده است که بر اساس آن بر روي مشخصه قابل قبول براي شناسايي بحث شده است و در پايان نتايج به دست آمده در قسمت چهارم مقاله ارائه شده است .
٢- آناليز طيفي سيگنال و استخراج ويژگي ها
٢-١- آناليز طيف مدولاسيون هاي مختلف
طيف سيگنال هاي مدوله شده به روشهاي 2ASK,4ASK,2FSK,4FSK,2PSK.4PSK.8QAM.16QAM,MSK و OFDM در شکل هاي ٥-١آمده است .
شکل ١: طيف سيگنال ASK٢ و ASK٤ شکل ٢ : طيف سيگنال QAM٨ وQAM١٦ شکل ٣: طيف سيگنال PSK٢ وPSK٤ شکل ٤: طيف سيگنال FSK٢ وFSK٤ شکل ٥: طيف سيگنال MSK و OFDM با بررسي شکل ها نکات زير قابل دستيابي است :
طيف سيگنال هاي 2ASK و 4ASK حداقل داراي يک لوب اصلي و تعدادي لوب فرعي است . براي مدولاسيون 2FSK اگر فرکانس حامل از فرکانس نمونه برداري fs بزرگتر باشد. نمودار داراي دو پيک خواهد بود در غير اين صورت يک پيک خواهد داشت .در مدولاسيون PSK٢ و PSK٤ طيف داراي يک لوب اصلي و تعدادي لوب فرعي مي باشد.
سيگنال 8QAM و 16QAM مشابه 4PSK است .در مدولاسيون OFDM به دليل اينکه در تمام زير حامل ها مولفه فرکانسي وجود دارد پالس قابل توجهي وجود نخواهد داشت وطيف سيگنال بسيار يکنواخت و لوب هاي کناري بسيار باريک هستند.بر اساس مشاهدات بالا مي توان پارامترهاي مناسبي مانند انرژي لوب هاي کناري ،ميزان يکنواختي طيف و وجود پالس براي استخراج ويژگيهاي سيگنال انتخاب کرد.
