Cómo demodular una señal OFDM

Estoy buscando decodificar una señal OFDM que consta de 6 portadoras (o tonos) que están modulados por BPSK y un tono piloto que ayuda a la sintonización. Esta es la primera vez que trabajo con OFDM, así que necesito saber si me estoy acercando a esto de la manera correcta.

La forma en que estoy pensando en decodificarlo es usar el tono piloto para calibrar (ya que el receptor puede estar ligeramente desajustado) y luego tener seis filtros de paso de banda para separar cada portadora que luego se demodula de la manera habitual. ¿Alguien puede ver algún problema con esto? o puedes sugerir una mejor manera de hacerlo.

Una de las buenas características de OFDM es que permite una estructura muy simple para el modulador y demodulador: dado un conjunto de símbolos (en general de valor complejo, tomados de una constelación de señales como BPSK, QPSK o QAM) para mapear En cada portador, el modulador se puede implementar usando una transformada discreta inversa de Fourier , típicamente implementada usando una FFT . Cada conjunto de símbolos (uno por portador) se transforma para producir un símbolo OFDM , que luego se envía al canal. La longitud de DFT generalmente se elegirá para que sea mayor que el número de portadores deseados para permitir alguna "banda de guarda" cerca de la tasa de Nyquist del sistema.

Además de la estructura basada en DFT anterior, la mayoría de los sistemas OFDM también incorporan un prefijo cíclico , que permite la implementación simple de un ecualizador en el dominio de la frecuencia. La ecualización puede proporcionar un rendimiento de enlace mejorado en entornos de múltiples rutas (por ejemplo, muchos escenarios de comunicación inalámbrica). También se puede usar para ayudar en la sincronización, como se describe a continuación.

La estructura simple se traslada al receptor; Una forma de onda OFDM puede ser demodulada utilizando la transformación inversa a la utilizada en el transmisor, produciendo los valores de los símbolos originales. El DFT inverso al inverso utilizado en el transmisor es un DFT "regular" (directo). Por lo tanto, a menudo verá receptores OFDM diagramados con un bloque "FFT" en el extremo frontal. La salida de la transformación contiene los valores de los símbolos asignados a cada uno de los transportistas, incluidos todos los no utilizados que forman la banda de protección. El demodulador extrae las amplitudes (de valor complejo) de cada una de las portadoras de interés y las pasa a cualquier lógica de decodificación adicional (ecualización como se describió anteriormente, decodificación de canales, mapeo a bits, etc.).

Como de costumbre, sin embargo, la respuesta no es tan simple; La explicación anterior pasa por alto algunos problemas importantes que deben abordarse para un sistema práctico:

• Sincronización de tiempo: cuando realmente piensa en cómo construiría un receptor OFDM, uno de los primeros problemas con los que se encontrará es cómo alinear la trama FFT del receptor con el flujo de muestras entrantes. Se requiere la sincronización con el tiempo de símbolo de la señal OFDM para alinear adecuadamente la operación FFT del receptor con el período de tiempo apropiado en el flujo de muestra observado.

  Esto se puede implementar utilizando un enfoque basado en correlación. Como se indicó anteriormente, la mayoría de las formas de onda OFDM incluyen un prefijo cíclico, que es un esquema de agregar de forma forzada cierta periodicidad circular a la forma de onda transmitida. Esto puede explotarse en el receptor para obtener la sincronización de símbolos; el detector de tiempo simplemente calcula la autocorrelación deslizante de la secuencia de símbolos observada utilizando un retraso acorde con el período conocido entre la señal transmitida y su copia cíclica. La magnitud del resultado alcanzará un pico en el instante que corresponde al inicio de cada símbolo OFDM.

• Sincronización de frecuencia:La sincronización de frecuencia fina también es clave para una recepción OFDM robusta, ya que el error de frecuencia causa interferencia entre operadores. La corrección del error de frecuencia también se puede estimar utilizando la salida del correlacionador del sincronizador de tiempo. Como se indicó anteriormente, la autocorrelación de la corriente observada a un retraso igual al retraso del prefijo cíclico tiene una gran magnitud al comienzo de cada símbolo OFDM. La fase de la salida del correlacionador proporciona una medida de la cantidad de desviación de fase en el transcurso de cada tiempo de símbolo. Esta medida de "deriva de fase por unidad de tiempo" puede reformularse como una medida de "deriva de frecuencia". Si el receptor puede asumir con seguridad que el error de frecuencia es constante en el transcurso de un tiempo de símbolo (lo cual es razonable para muchos casos), entonces la compensación de frecuencia masiva puede eliminarse antes de calcular el DFT.

Puede haber incluso más problemas que abordar para cada uno de sus operadores, dependiendo de la modulación utilizada en cada uno. Para el caso simple de BPSK, es posible que también deba preocuparse por la sincronización de fase si desea un receptor coherente. Sin embargo, la sincronización de la sincronización y la frecuencia son los detalles clave de implementación que a menudo parecían pasarse por alto al analizar las estructuras de los receptores OFDM.

Normalmente OFDM se demodula utilizando FFT. Pero si tiene una cantidad muy pequeña de portadores, es posible que pueda usar una pequeña cantidad de demoduladores de cuadratura ortogonales (DFT de 1 compartimiento o filtros Goertzel de salida compleja), dependiendo de la cantidad de portadores vs. log (n) longitud de cada trama DFT (cada trama de una longitud donde la frecuencia de todas las portadoras son ortogonales entre sí y con el piloto).

También necesitará encontrar una manera de sincronizar los cuadros de decodificación para que no crucen los tiempos de transición de los cuadros de codificación (ni cerca del comienzo de cada transición donde es más probable que haya problemas de múltiples rutas).