Сколько же параметров у OFDM?

STARCHE

СКОЛЬКО ЖЕ ПАРАМЕТРОВ У OFDM ?

Обсуждалось на форуме

Тема не раз поднималась на форуме, но консенсуса не найдено.
Предложено изложить и обосновать мнение в виде статьи, что и делаю.

Поскольку, как отмечали классики, "нельзя объять необъятное",
не буду в этой статье касаться видов и типов модуляции поднесущих.
О необъятности именно этой части вопроса свидетельствует хотя бы факт
существования OFDM-модема, в котором различные поднесущие
модулируются по-разному, а вид модуляции может автоматически
меняться во время работы модема. Используются и примитивная
ФРМ, и современные КАМ. Это проводный 512-канальный модем
TrailBlaizer. Вовсе не исключаю факт применения подобного модема
и на КВ. Просто достоверно об этом не знаю.
Еще одно ограничение. Далее речь пойдет только о КВ модемах,
использующих одну из стандартных телефонных полос 2400 или 3100
Герц. Во многих случаях (но не во всех) границами этих полос на выходе
модулятора и входе демодулятора являются частоты 300-2700 и
300-3400 Гц, соответственно.
Все ограничения приведены. Начну прямо с ответа на вопрос в
заголовке.

Для того, чтобы задать OFDM-сигнал (ограничения см. выше),
необходимо и достаточно указать следующее:
1.Длительность тактового интервала Tb,
2.Длительность интервала ортогональности Ti,
3.Количество поднесущих N,
4.Частоту и номер какой-либо поднесущей, пусть - первой F1.

Все казалось бы ясным и прозрачным, но не надо спешить упрекать
автора в примитивизме. Пойдем далее.

Длительность тактового интервала - единственный, пожалуй, параметр,
не требующий дополнительных пояснений. Для полноты описания напомню,
что обратная величина этого параметра есть хорошо известная скорость
манипуляции V, измеряемая в Бодах. При двухпозиционной манипуляции
скорости передачи в Бодах и в дв.ед/сек совпадают.

Длительность интервала ортогональности требует чуть более пространных
пояснений.
Прежде всего величина Ti не должна превышать Tb.
Далее, величина, 1/Ti= deltaF - задает минимальное расстояние между
поднесущими на оси частот. В некоторых сигналах присутствуют так
называемые виртуальные поднесущие. Для простоты их можно считать
обычными поднесущими с нулевой амплитудой. О целях их применения
здесь говорить не будем. Укажем только, что число и расположение виртульных
поднесущих на оси частот могут быть как фиксированным, так и
меняющимся в моменты смены тактовых интервалов. При наличии виртуальных
поднесущих расстояние между поднесущими кратно величине deltaF.
Разность Tb-Ti=Tq называется защитным интервалом. Его назначение -
снизить воздействие временнОго рассеяния сигнала в канале, порождаемого,
например, многолучевостью распространения КВ.

В параметре N должны учитываться не только реально существующие
в сигнале поднесущие, но и виртуальные поднесущие.
Частота какой-либо поднесущей и ее номер в массиве N определяют
расположение всего сигнала на оси частот. Если в сигнале имеются
виртуальные поднесущие с фиксированным расположением на оси частот,
их номера должны быть указаны как дополнительные параметры сигнала.

Я сознательно умолчал о еще одной особенности OFDM-сигналов.
Именно она и породила многочисленные дебаты на форуме. Дело в том,
что величина deltaF не только определяет спектральное расстояние
между поднесущими, но и задает значения частот самих поднесущих.

Математика позволяет два способа задания частот поднесущих.
Первый способ - частоты поднесущих есть четные гармоники частоты
0,5*deltaF (простые гармоники частоты deltaF). При втором способе частоты
поднесущих есть нечетные гармоники частоты 0,5*deltaF. На
помехоустойчивость выбор способа задания частот поднесущих, конечно,
не влияет. Но не учитывать его нельзя по ряду причин. Об этих причинах и
пойдет далее разговор. Кстати, наличие среди параметров сигнала значения
частоты какой-либо поднесущей и ее номера в массиве N фактически задает
способ выбора значений частот всех других поднесущих.

Как отмечалось, приведенный выше перечень параметров является
необходимым и достаточным. Поясню смысл утверждения о достаточности.
Располагая значениями этих параметров, Вы потенциально способны
синтезировать OFDM-сигнал, ничем не отличающийся от сигнала реального
модема и даже преуспеть в попытке выйти на связь с этим модемом. Конечно
для этого нужно еще кое-что, например, выбрать и реализовать соответствующий
тип модуляции, протоколы вхождения в связь и многое другое. Разумеется, что
при выборе Вами иного способа назначения частот контакт не может состояться
в принципе и уж тем более "в кожухе". (использована любимая поговорка
конструкторов - прибор должен работать не в принципе, а в кожухе).

Пишу статью, а страсти вокруг способа выбора частот поднесущих
разгораются все жарче. Оппонент, правда единственный. Так сказать,
один на один.

Я вполне понимаю Оппонента. Так мне, по крайней мере, кажется.
Если в качестве единственной задачи иметь off-line-овый анализ
записанного с эфира или синтезированного (не суть) сигнала, то на способ
задания частот поднесущих можно не обращать никакого внимания. С одной
лишь оговоркой полностью с этим согласен. А оговорка такова - нужно иметь
возможность прецизионного сдвига спектра сигнала. Прецизионного в смысле
без внесения заметных искажений, в нужную сторону и на требуемую величину.
В наше время задача вполне решаема. Преобразование по Гильберту и всего
делов. Сам так умею и это использую. Вопрос только, как узнать в какую
сторону и на какую величину.

Иногда, но не так часто, как хотелось бы, тут не возникают проблемы.
Большой защитный интервал и (или) наличие пилот-сигналов позволяют упростить
задачу сдвига спектра. Если же в сигнале защитный интервал мал, да и
пилоты отсутствуют, выполнить правильный сдвиг становится трудной задачей.
А ведь исходный сигнал мог быть вообще идеально записан, никакие сдвиги
ему вовсе и не были нужны. Достаточно было бы посмотреть на полярность
всплеска автокорреляционной функции (АКФ), определить по полярности способ
формирования частот и учесть эту информацию при анализе. Именно так я
поступаю в своем анализаторе. Да, этот путь (как и любой другой) не всегда
приводит к успеху. Если сигнал сильно зашумлен, или искажен, в нем очень
мал или вовсе отсутствует защитный интервал - во всех этих случаях надо
искать другие пути. В сайтовской базе сигналов около сорока OFDM-сигналов.
Среди них имеют "плохую" АКФ не более 5-ти.

Включая в статью приведенный выше текст, я больше всего опасался упреков
в примитивизме. В свое оправдание и в доказательство необходимости наличия
в статье этого материала я приведу несколько цитат из сообщений Oппонента
с весьма краткими моими ремарками.

Цитата 1
Важнейшие параметры неизвестного OFDM сигнала без которых демодулировать
его просто невозможно, это точная тактовая частота и точный разнос каналов.
Четные гармоники, или не четные, тут совершенно не играют ни какой роли, и
этот параметр я вообще не рассматриваю как характеристику.

Цитата 2
Мы говорим/показывеаем/объясняем, что можно выбрать этот "параметр" таким,
какой удобней для анализа или демодуляции, и что это абсолютно не играет ни
какого значения. Кроме того, я утверждаю, что нет ни каких шансов определить
точно, как именно формировался сигнал, если не знать этого заранее, и что в
сущности это и не характеристика вообще, так как ни на что не влияет.

Ремарка 1
Вполне согласен с тем, что при анализе сигнала способ задания
частот роли не играет, если уметь безпомехово сдвигать сигнал по
спектру, но не согласен с тем, что параметр бесполезен. Вопрос
о способах формирования сигнала в реальных модемах мною не
поднимался.

Цитата 3
Аргумент, что абсолютные значения частот каналов не соответствуют "истинным",
я принять не могу, так как "истинных" частот у OFDM сигнала столько, сколько
узлов в любой(!) ортогональной сетке, и, в который раз, зависит это только от
конкретной реализации демодулятора/анализатора, заметьте, не играет роли как
(чет или нечет) и кто сигнал формирует, важно, что бы это был просто правильный
сигнал.

Ремарка 2
Философ наверняка нашел бы соответствующий "изм". Я воздержусь.
Отмечу только, что истинных частот в OFDM-сигнале ровно столько,
а их значения ровно такие, какие прописаны в соответствующих
стандартах,ТУ и прочей технической документации. Можно ли с
этим спорить? При отсутствии документации аналитик должен
привести перечень возможных вариантов сетки частот сигнала
не где-то внутри модулятора, а на его выходе в радиоканал или
указать наиболее вероятный вариант, но не должен игнорировать
эту часть анализа или делать выводы, руководствуясь ошибочным
положением, сформулированным в следующей цитате.

Цитата 4
У нормального OFDM сигнала, все каналы, включая и пилот-тоны есть
гармоники частоты разноса.
Если сигнал сдвинут по частоте, то разумеется это
будет не так, в этом нет ничего странного и поступать нужно просто, возвращать
сигнал на родные позиции, в узлы сетки. А сетку можно выбрать ту которая
нравится или ту которая ближе, это уже дело вкуса или возможностей
демодулятора.
Ремарка 3
Первое предложение (выделено мною)ошибочно, с остальными
можно согласиться.


Для убедительности приведу пару примеров.

На спектре сигнала CIS12 без микроскопа видно, что разнос поднесущих
равен 200 Гц, а частота пилот-сигнала 3300 Гц. Как Оппонент может объяснить
такое стороннему наблюдателю Предлагаю варианты на выбор:
1)спектр в радиоканале или при записи сигнала сдвинут на 100 Гц,
2)это ненормальный OFDM,
3)это не OFDM,
4)при формировании сигнал был нормальным OFDM, а для удобного
размещения в ОБП спектр его просто сдвинули,
5)простите поспешил с выводами, недоучел.

На спектре сигнала WINDRM четко видны три пилот-сигнала с частотами
(примерно) 725, 1475 и 1850 Гц. Анализ дает номера соответствующих им
подканалов - 15, 31 и 39. Вычисляя разности, определяем частотное
разнесение deltaF=46,875 Гц. Опять-таки видим, что частоты пилот-сигналов не есть гармоники частоты deltaF, но есть нечетные гармоники частоты 0,5*deltaF.

В заключение еще одна цитата.

Цитата 5
Кто и где сказал, что сигнал CIS не нормальный? :) Принадлежность к классу
OFDM не зависит от положения сигнала по частоте, и способа формирования.
CIS выглядит в эфире, так же как и десятки других сигналов, как его трактовать
решает только аналитик, и только он. :) Правильная будет трактовка или нет, это
уже дргой разговор. Вопрос ненормальности CIS я не поднимал, и вообще не
понимаю этого ажиотажа вокруг стандартного, классического сигнала OFDM
каким и является CIS.

Вот таковы логика и аргументы.

Среди сорока сайтовских OFDM-сигналов таких вот "ненормальных" с точки зрения Оппонента (см. цитату 4) 6 сигналов. Кроме двух упомянутых это: CIS20,
93CHAN, MIL16 и LINK11. Ну Бог с российскими CIS20 и 93CHAN, LINK можно проигнорировать, а что вот с MIL16 делать. Неужто позволим сказать про него плохое. Ведь он прописан не где-нибудь, а в американском военном стандарте,
где черным по белому указано: частотное разнесение 110 Гц, а частота пилота
605 Гц. Опять гармоника частоты не 110, а 55 Герц.
Конечно для целей анализа спектр идеально записанного сигнала MIL16 можно сдвинуть на 55 или 165 и т.д. Герц и получить удобную для анализа конструкцию. Но нельзя, все что получится в результате такой процедуры выдавать за параметры сигнала. Кое-что можно, например, величины Tb и Ti. Но пилот-сигнал все равно должен остаться как ему предписано на частоте 605 Гц. И поэтому он ну никак не может быть или стать гармоникой частоты 110 Гц. Может только на время чьего-то анализа побывать этой гармоникой, а после окончания анализа должен встать, куда его поставили. То, что он был во время анализа гармоникой 110 Гц можете публике и не сообщать. Это Ваше внутреннее сугубо личное дело. Если кушанье хорошее, рецепт его не всем интересен. Ведь до абсурда можно дойти. Один аналитик
будет утверждать, что частота пилота, скажем, 770 Гц, а другой будет
отстаивать свой вариант 550 Гц.


Еще один пример необходимости включения в параметры сигнала информации о
формировании сетки частот. Было это на заре развития техники OFDM. Конкретно - в 1966 году. Тогда автору этой статьи необходимо было выбрать параметры сигнала для одного из первых отечественных OFDM-модемов МС-5. Кто не знает, может почитать об этом аппарате в
Разумеется, что в то время приходилось преодолевать очень много чисто
реализационных трудностей. Одной из них была оптимизация частотных параметров
сигнала. Хотелось разместить в полосе 300-3400 Гц 20 поднесущих с максимально
возможными частотным разнесением, удаленностью от краев полосы и симметричным
расположением внутри полосы. В результате родилось такое решение: разнесение 142 Гц, первая поднесущая 497 Гц, а последняя - 3195 Гц. Если бы мы в то время не догадались о возможности использования нечетных гармоник половинной частоты разноса, наш сигнал имел бы следующие крайние поднесущие: или 426-3124 Гц, или 568-3266 Гц. Результатом стал бы существенно более высокий уровень межканальных помех из-за слишком близкого расположения крайних поднесущих к краям полосы пропускания канала связи.

Осмелюсь высказать предположение о том, почему у Оппонента сложилось
пренебрежительное отношение к истинным значениям частот поднесущих.
В профессиональной радиосвязи такой вопрос не может возникнуть в принципе. На приеме всегда точно известна несущая частота передатчика, а высокая стабильность и эталонность частот задающих генераторов обеспечивает беспоисковую и бесподстроечную связь.
В любительской радиосвязи совсем другое дело. Недаром почти все
сайтовские записи сигналов сопровождаются пометкой "возможен сдвиг". Неизвестность частоты настройки передатчика гарантирует наличие сдвига частоты даже при использовании профессионального радиоприемника. В подобных условиях нет никакого смысла даже пытаться определить истинные частоты поднесущих. Остается упоминать лишь про "узлы ортогональной сетки" (см. цитату 3). А длительное пребывание в такой ипостаси поневоле рождает зашоренность. А это совсем не красит специалиста. Если не ошибаюсь, Козьма Прутков как-то сказал: узкого специалиста смело уподоблю флюсу, и тот и другой односторонние.

Вот весьма пространное рассуждение на тему, которая по моему счету вовсе такого внимания не заслуживает. Подвигло меня на это искреннее уважение к статусу Оппонента, значительным полученным им результатам, широкому кругозору, образованности и многим другим почитаемым мною в людях положительным его качествам. Возникло искреннее желание помочь ему избавиться от застаревшей ошибки. Убедить, что не анализом единым живет радиотехнический мир. getQuotation();






Рекомендуемый контент




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