Sistema OFDM multi-símbolo: Uma abordagem multiportadora eficiente

Abstract

Desde a transmissão do primeiro símbolo Morse as exigências relativas ao aumento da largura de banda não têm abrandado. Com a expansão das comunicações móveis pessoais e da oferta de serviços multimédia, cresce a necessidade de transmitir eficientemente sobre canais de largura de banda limitada, a taxas de transmissão variáveis, e sobre condições de canal hostis. Ao longo das últimas duas décadas, a técnica Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) tem abordado esta questão de forma assertiva devido à robustez que apresenta em canais dispersivos, graças ao intervalo de guarda adicionado a cada símbolo consecutivo e à baixa complexidade na geração do sinal através de uma Transformada Rápida de Fourier (IFFT) que permite dividir a largura de banda do canal em pequenas sub-bandas mais estreitas. Apesar do facto de a adição de um intervalo de guarda conduzir a uma igualização no domínio da frequência (FDE), com apenas um factor multiplicativo por subportadora, esta é pura redundância (que pode variar entre 0.125− 0.25% do período do símbolo), reduzindo a taxa efectiva de transmissão e subsequentemente a eficiência espectral. Além disso, devido à forma retangular do símbolo OFDM, este apresenta elevados níveis de radiação fora de banda, que levam a interferência entre canais adjacentes. O debate actual sobre a próxima geração de redes sem-fios deixa bastante claro que o futuro das comunicações móveis está assente num aumento das taxas de transmissão, maior eficiência espectral e condições de flexibilidade. O objectivo principal deste trabalho é introduzir um novo esquema de transmissão intitulado Block-Windowed Burst OFDM (BWB-OFDM). Esta é uma técnica de transmissão multiportadora que emprega janelas no transmissor com transições mais suaves, que apontam alcançar um compromisso entre taxas de transmissão efectivas mais elevadas e um maior confinamento espectral. Ao impôr maior exigência na igualização no domínio da frequência, a adição do intervalo de guarda deixa de ser necessário, levando a um considerável aumento da eficiência de potência comparado com o CP-OFDM. É também apresentado um receptor apropriado para canais dispersivos, que permitem um ganho de 2 dB relativamente a esquemas OFDM convencionais, em termos de bit-error rate.

The advent and expansion of personal mobile communications brings the necessity to transmit efficiently and wirelessly over wide bandwidths at changing rates over hostile channel conditions. Over the past two decades, Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) has tackled this issue in an assertive way due to its robustness over multipath propagation, owing to a time guard interval added to each symbol, and trivial signal generation/separation through the Fast Fourier Transform processing blocks (IFFT/FFT). Despite the fact that cyclic prefix (CP) leads to a simplified frequency domain equalisation (FDE) with only a single tap equaliser per carrier, it is pure redundancy (that can vary between 0.125−0.25% of symbol period), reducing the effective throughput and worsening the spectral efficiency. In addition, the rectangular shape of OFDM symbol induces large levels of out-of-band radiation, leading to adjacent channel interference. The debate over the next generation mobile network standards has made clear that the future of wireless communication stands on higher data rates, spectral efficiency and flexibility requirements. The main goal of this work is to introduce a new transceiver scheme called BlockWindowed Burst OFDM (BWB-OFDM), which is a multicarrier technique that employs smoother, non-rectangular windows, on the transmitter side, that aims to reach a compromise between higher data rate and better spectrum confinement. By stressing the frequency domain equalisation the cyclic prefix is no longer needed, which means the overall power and spectral efficiencies are higher. It is also presented an appropriate receiver for typical time-dispersive channels, allowing 2 dB of gain relatively conventional OFDM schemes in bit-error rate.