Orthogonal Frequency Multiplex Division (OFDM)

Introdução

A OFDM (Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing) é uma técnica multi-portadora bastante difundida em sistemas digitais, principalmente nos sistemas sem fio devido sua robustez contra a seletividade em frequência do canal. A técnica consiste na divisão da largura de banda total em subcanais menores, utilizando subportadoras ortogonais entre si, possibilitando a sobreposição espectral das mesmas. A divisão em subcanais faz com que a taxa de transmissão seja reduzida em cada subcanal. Assim 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.

Modelo em Simulink

Primeiramente baixe o arquivo a seguir Sistema.zip. Descompacte e certifique-se que no Matlab você esteja no diretório onde descompactou o arquivo. Digite no terminal do Matlab:

open_system('System_OFDM')

ou

System_OFDM

Toolbox e blocos necessários

Para realização da simulação, é necessários o Communications System Toolbox html, pdf fornecido pelo próprio Simulink. A seguir temos os blocos utilizados no modelo de simulação:

Simulink

• Reshape;
• Display.

Communications System Toolbox

• AWGN Channel;
• Random Integer Generator;
• Digital Baseband Modulation;
• Multipath Rayleigh Fading Channel;
• Multipath Rician Fading Channel;
• OFDM Modulator Baseband;
• OFDM Demodulator Baseband;
• Error Rate Calculation;
• Constellation Diagram;
• Eye Diagram.

Para uma melhor visualização dos blocos e subsistemas usar [Tools>Model Explorer]

Descrição do Modelo

O modelo simula um sistema OFDM genérico, a partir de uma sequencia de inteiros transmitidos. Primeiramente, o sinal de informação é modulado digitalmente de acordo com o tipo de modulação específica, seja ela QAM ou PSK. Em seguida, é realizado uma conversão do sinal serial-paralelo (S/P) em NFFT feixes de dados onde cada sinal modula uma subportadora gerando um vetor de NFFT sub-símbolos que formam o símbolo OFDM. Essas subportadoras passam pelo bloco OFDM Modulator onde é realizado a geração dos símbolos OFDM, a inserção do prefixo cíclico e a conversão paralelo-serial para transmissão pelo canal. Após a passagem pelo canal combinado com ruido AWGN o sinal o sinal chega ao receptor. Nele ocorre o processo inverso do transmissor, o sinal é novamente convertido para serial-paralelo, é removido o prefixo cíclico e a detecção dos símbolos OFDM. Por fim é realizado a demodulação dos sub-símbolos e a recepção do sinal.

Parâmetros e Seleção das Configurações do Modelo

Neste modelo é possível controlar através das variáveis do bloco "Parâmetros do modelo", os parâmetros para realização do mesmo bem como eventual testes. Os parâmetros fornecidos por este bloco são:

• NFFT -> Número de subportadoras de dados do sistema;
• Cp -> Comprimento do prefixo cíclico;
• Simbolos_OFDM -> Número de símbolos OFDM transmitidos por frame;
• Rs -> Taxa de símbolo (b/s);
• Modulação digital utilizada -> Escolha da modulação usada (M-QAM,BPSK,QPSK);
• M_ary -> Ordem da modulação;
• maxDopplerShift -> Maximum Doppler shift of diffuse components (Hz);
• delayVector -> Discrete delays of channel (s);
• gainVector -> Average path gains (dB);
• LOSDopplerShift -> Doppler shift of line-of-sight component (Hz);
• KFactor -> Ratio of specular power to diffuse power;
• snr -> Relação sinal-ruído (SNR);
• EbNo -> Relação sinal-ruído (Eb/No).

Possibilidades de Testes

Os testes foram realizados nas versões 2014a e 2015a do software Matlab, funcionando perfeitamente nas mesmas.

• Análise de sistemas OFDM com altas taxas de transmissão e com canais com múltiplos caminhos;
• Alteração do número de subportadoras do sistema;
• Comparação de resultados paras diferentes modulações (ou ordem de modulação);
• Seria interessante a utilização de subportadoras pilotos para estimação e equalização de canal. Você pode habilitar essas subportadoras pelo bloco OFDM Modulator Baseband;
• Altere, adicione ou retire os valores de atenuação e atraso do canal com múltiplos caminhos;
• Alteração da taxa de transmissão para valores menores e maiores;
• Perceber que com o aumento da taxa de transmissão e o canal com mais percursos com atrasos e atenuações maiores, a diferença de desempenho entre o sistema multi-portadora OFDM e o sistema de uma unica portadora.

Modelo adicional

• O modelo abaixo mostra que o desempenho do sistema OFDM apenas em canal AWGN é igual ao desempenho do

sistema de portadora única, desde que a ordem da modula ̧c ̃ao nos dois sistemas seja a mesma. para abrir o modelo e executa-lo digite

ofdm_awgn