Анализ сигналов, практический подход - 3. OFDM.

OFDM - один из труднейших видов модуляции для анализа. Трудности связаны с тем, что каналы при использовании OFDM как правило не имеют четких границ, и в этой связи выделить какой либо для детального анализа весьма проблематично. В некоторых частных случаях это удается, но далеко не всегда, кроме того OFDM технология позволяет создавать очень не тривиальные сигналы, классический анализ которых чрезвычайно сложен и неоднозначен. В качестве примера сложного для анализа OFDM сигнала приведу по сравнению с ним, сигнал из этой темы vthreadforum=21topic=34558 еще более сложен, так как выделить канал не представляется возможным. Мы попытаемся его проанализировать, но перед этим рассмотрим некоторые общие принципы на классических сигналах, как реальных так и синтезированных. Вообще возможность синтезировать OFDM сигнал с заданными параметрами очень эффективная вещь, по крайней мере это позволяет или принять какую либо гипотезу или отвергнуть, что так или иначе полезно. Ну что же, приступим.
Для начала рассмотрим метод определения тактовой частоты для OFDM, я далек от мысли, что это нечто сильно новое, но тем не менее мне не встречалось подобного в открытых источниках, возможно просто не попадалось, суть не в этом. В основу метода положен тот факт, что для синтеза OFDM используют как правило размер FFT/IFFT блоков превышающий размер используемой сетки частот, то есть, если используют 10 частот, то FFT/IFFT блок имеет размер под 16 или 32 (как пример) частоты, делается это из, как минимум нескольких соображений, всегда можно добавить пару-тройку частот без переделки ядра формирователя на перспективу(а некоторые режимы и напрямую используют изменение количества рабочих частот в процессе сеанса), использование стандартных алгоритмов БПФ имеющих размеры блоков 2^n и есть еще ряд не совсем очевидных моментов когда проще использовать блоки большего размера чем это вроде необходимо. Результатом подобного подхода при формировании, является обязательное наличие гармонического шума в пространстве между сформированными но неиспользуемыми/выключенными частотами. Этот гармонический шум есть ничто иное как моменты смены тактов(тактовая частота), которые "разливаются" по неортогональным областям, в ортогональных позициях, там где места для сетки частот, этот шум равен нулю. Это отлично видно как на синтезированных сигналах, так и на реальных.



Таким образом, если вырезать сам OFDM сигнал, оставив этот внеканальный шум, можно получить точное значение тактовой частоты манипуляции OFDM сигнала, через классический метод взятия огибающей или через модифицированный, какой лучше сработает. Есть кое-какие нюансы, можно выбрать или верхнюю часть шума или нижнюю или обе, это уже по качеству сигнала смотреть нужно, так же нужно исключить возможность принятия наводок в областях 50-60-100-120 герц за тактовую, но это уже вопросы компетенции аналитика :)
Проверяем метод.



Как видим все работает, это будет работать на всех OFDM сигналах, где не подавляют внеканальный шум, на самом деле его ни где не подавляют в ноль, это слишком хлопотно и ни кому не нужно, но так как уровень этих побочных компонент довольно низкий их может просто не быть при слабом сигнале, или, наиболее частая причина, это "причесывание" сигнала после записи. Не нужно ни чего делать с записью, как бы руки не чесались, испортить можно очень легко.
Вернемся к сигналу, не будем рассматривать часть сигнала с PSK-2 и 500 герц манипуляции так как это не сложно, нас интересует шумоподобный фрагмент и фрагмент с явно видимыми 9-ю частотами, формально по фрагменту с 9-ю частотами можно "определить" параметры этого сигнала, 9-ть частот с разносом в 80 герц, исходя из того, что частоты на шумоподобном фрагменте не различимы и по ширине спектра оба фрагметна одинаковы, можно продположить, что циклический префикс не используется и шумоподобный фрагмент это чистый OFDM со скоростью манипуляции так же 80 герц. Но, анализ это не догадки, нужны твердые гарантии(ну настолько насколько это возможно), если синтезировать в OCG сигнал с такими параметрами и поставить сигналы рядом, отличия будут видны сразу же, а если измерить тактовую частоту методом предложенным выше, то нас ожидает сюрприз, тактовая равна 160 герц! Гипотеза с 9-частотами через 80 герц и тактовой 80 герц не состоятельна. Почему? Не может тактовая быть больше чем разнос частот, меньше может(циклический префикс), больше нет, значит или метод получения тактовой косячный или тактовая действительно 160 герц и тогда частот ни как не 9 и разнос не 80. На самом деле метод не косячный, тем более, что описан механизм появления и измерения тактовой, значит частот не 9, вопрос сколько? Самый простой и в общем то надежный метод(для этого сигнала), что частот 4, это просто их вычислить 800(ширина спектра)/160(скорость манипуляции) = 5, 5-1 = 4. Затем можно, а в общем то и нужно, синтезировать сигнал в OCG, для контроля.



Осталось ответить на два вопроса, какая модуляция в канале и почему во втором фрагменте ясно видны 9 частот? Не смотря на то, что эти вопросы в какой то степени факультативны, желательно найти, или хотя бы попытаться найти, ответы на них. Собственно мы проверяем очередную гипотезу, это OFDM с 4-мя каналами разносом в 160 герц и скоростью манипуляции так же 160 герц. Так как в первом фрагменте без специального демодулятора качественно канал выделить не возможно, следует обратить особое внимание на второй. Выделенный фрагмент представляет несомненный интерес.



У меня нет другого объяснения такому "шахматному" расположению "пучностей", как использование одного трюка при манипуляции частотами. Скорее всего частоты манипулируются через такт и через одну, примерно по такой схеме, где х - частота включена, 0 - выключена на текущем такте:

Freq4 0x0x0x...
Feqr3 x0x0x0...
Freq2 0x0x0x...
Freq1 x0x0x0...

Это предположение, но можно прикинуть, что должно получится если это действительно так. Фактически мы имеем четыре частоты со 100% амплитудной модуляцией частотой 80 герц, что дает в свою очередь четыре несущих с шагом 160 герц(сетка частот) и боковые по обе стороны от каждой из несущих на расстоянии 80 герц, что должно дать 9(!) линий на спектре, так как боковые у взаимососедних несущих совпадают. Осталась самая малость, проверить это практически, к сожалению OCG не дает возможности синтезировать подобные сигналы, но как понимаете для меня это не сильно большая проблема. Синтезируем и сравниваем, 100% попадание.





Таким образом получается очень интересный сигнал, виртуально манипуляция в каналах 80 герц, но манипуляция общая и реальная равна 160 герц. Почему манипуляция 80 герц виртуальная, потому что, что бы правильно сигнал демодулировать, необходимо брать выборки длительностью 1/160 с и подавать на FFT демодулятор, если брать выборки с длительностью 1/80 с то демодулировать правильно сигнал не возможно. Почему иногда боковые на втором фрагменте отсутствуют или имеют маленькую амплитуду?



Общие боковые двух соседних рабочих частот могут взаимоуничтожиться в случе если они имеют разность фаз в 180 градусов, а это значит, что помимо всего используется и фазовая манипуляция несущих, порядок которой попробуем определить. Однозначно не используется PSK-2, достаточно поиграться с синтезом в OCG, что бы не заморачиваться на этот счет. Значит или PSK-4 или выше, или QAM. Не представляется возможным ответить на этот вопрос со 100% гарантией, но косвенно попытаться определить можно. Смысл в следующем, если все рассуждения и выводы верны и если синтезировать аналогичный по параметрам сигнал, то любые одинаковые искажения как оригинала так и модели, должны давать очень близкие результаты, изменяя в модели порядок фазовой модуляции возможно достаточно точно определить порядок модуляции оригинала. Нужно лишь найти такие искажения оригинала которые дадут достаточно яркую и характерную картину, не факт, что это возможно, но в данном случае возведение шумоподобного сиганала в восьмую степень дает достаточно интересный результат. Возведение синтезированного сигнала, с модуляцией в каналах PSK-4 дает очень похожую картину.





Ну наверное и все с этим сигналом, как уже говорилось, последние изыскания в общем то факультативны, как только было определено, что частот четыре и скорость манипуляции и разнос равен 160 герц, формально анализ сигнала завершен, этого вполне достаточно для грамотной разработки демодулятора, тем более, что только демодулятор даст точный и гарантированный ответ об арности манипуляции в канале и возможно присутствии и амплитудной, но ведь было интересно... :)




Осталась еще одна мелочь, вопрос зачем все это, ведь не для того что бы аналитики ломали голову над сигналом(хотя и этот вариант не исключен), должно быть рациональное зерно в такой манипуляции, как вариант могу предложить, что подобный подход позволяет весьма надежно и просто выделять тактовую частоту в тяжелых условиях, значительно проще чем с циклическим префиксом, не нарушает условий ортогональности и возможно имеет еще какие плюсы, но в общем и этого достачно для обоснования, что все выводы скорее верны, чем грубо ошибочны.

Удачи. getQuotation();






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.