Estudo da estimação de canal para sistemas OFDM

Resumo

OFDM é uma técnica que utiliza modulação multi portadora. A técnica consiste na divisão da largura de banda total em N subcanais menores, utilizando subportadoras ortogonais entre si. A divisão em N subcanais faz com que a taxa de transmissão seja reduzida N vezes em cada subcanal, com isso tem-se um aumento da duração do símbolo transmitido em cada subportadora, o que implica em uma diminuição da sensibilidade ao desvanecimento seletivo em frequência (dispersão temporal) causada pela característica dos canais móveis.

As técnicas OFDM particularmente estão sendo implementadas em muitos sistemas de comunicação nos dias atuais como ADSL, Wireless LAN (IEEE 802.11a/g), Tecnologias 4G (Quarta Geração de Telefonia Móvel), Televisão e rádio digital, entre outros. Surgiu como evolução da técnica FDM (Multiplexação por divisão de frequência) que utilizava bandas de segurança para separar as frequências dos sinais resultando em um desperdício de espectro. Portando além de mitigar os efeitos do canal móvel, o OFDM traz uma grande eficiência espectral.

Apesar do OFDM ser um sistema robusto com relação aos efeitos presentes nos canais de comunicação e, durante a geração do sinal, garantir ortogonalidade entre as subportadoras, este sinal ainda pode ser afetado por rotações de fase e atenuações inseridas pelo canal em cada subportadora. O perfeito sincronismo de frequência entre o transmissor e o receptor é e um ponto fundamental para garantir a ortogonalidade entre as subportadoras. A inserção de um intervalo de guarda maior que o máximo atraso esperado pelo canal de comunicação minimiza o problema da interferência inter simbólica, porém os símbolos ainda estão sujeitos as interferências de suas replicas atrasadas, a auto-interferência. Para corrigir este problema utilizamos estimação e equalização de canal.

O canal de comunicação é desconhecido pelo receptor. Desta forma é necessário estima-lo de forma que as subportadoras possam ser estimadas e equalizadas corrigindo os problemas causados pela auto-interferência dos símbolos OFDM, assim como por possíveis perdas de ortogonalidade que é a responsável pelo aparecimento da interferência entre subportadoras (ICI).

Objetivo

O trabalho consiste em estudar técnicas de estimação de canal para sistemas OFDM através do desenvolvimento de algoritmos com o auxílio da plataforma de desenvolvimento fornecida pelo software Matlab. Será criado inicialmente o sistema OFDM em si e em seguida a inserção da estimação de canal no mesmo. O objetivo da estimação de canal seguido pela equalização é corrigir as distorções e atenuações introduzidas ao sinal transmissão por um canal de comunicação móvel.

As técnicas de estimação a serem estudadas nesse trabalho são baseadas em subportadoras com informação conhecida pela receptor, chamadas de pilotos. Este tipo de estimação segue em duas abordagens .A primeiro é conhecido como Block Type onde são inseridos símbolos OFDM inteiros com subportadoras treinadas e transmitidas periodicamente entre os símbolos de informação útil, muito apropriado a canais com grande desvanecimento seletivo junto com variações lentas. O segundo método, sera o implementado neste trabalho, denomina-se Comb Type, as subportadoras pilotos são transmitidas em todos os símbolos e separadas uma das outras em uma determinada frequência , bastante apropriada a canais com variações rápidas. Neste metodo obtemos a estimação de canal referentes as subportadoras pilotos e em seguida com a utilização de técnicas de interporlação, temos a estimação completa do canal.

O estimador adotado no presente trabalho será o mínimos quadrados do inglês least squares(LS) sendo ele bastante simples e leve computacionalmente. Diferentes técnicas de interpolação serão aplicadas e através simulações avaliar seus desempenhos e resultados de acordo com o tipo de canal usado.