implementierung einer adaptiven ofdm-Übertragungsstrecke...
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Implementierung einer adaptivenOFDM-Übertragungsstrecke in
LabVIEW
Timo Peters
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.1
Chair ofCommunication Systems
Übersicht
1 Motivation und Ziel
2 Theoretischer Hintergrund
3 Implementierung
4 Fazit und Ausblick
5 Demonstration
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.2
Chair ofCommunication Systems
Übersicht
1 Motivation und Ziel
2 Theoretischer Hintergrund
3 Implementierung
4 Fazit und Ausblick
5 Demonstration
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.3
Chair ofCommunication Systems
Motivation und ZielMotivation
OFDM als Mehrträger-Übertragungsverfahren weit verbreitet
• Einsatzbereiche: DSL, WLAN (IEEE 802.11), DAB, DVB, LTE, ...
• Vorteile:
• Effektive Verringerung von Intersymbolinterferenz
• Vermeidung von Übersprechen zwischen den Unterträgern
• Nachteil:Minderung der Leistungsfähigkeit des gesamten Systems bei hoherÜbertragungsfehlerzahl auf einzelnen Unterträgern
Lösungsansatz: Adaptive ModulationWahl der Modulationsordnung für jeden Unterträger abhängig von seinemSignal- zu Rauschleistungsverhältnis (SNR)
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.4
Chair ofCommunication Systems
Motivation und ZielMotivation
OFDM als Mehrträger-Übertragungsverfahren weit verbreitet
• Einsatzbereiche: DSL, WLAN (IEEE 802.11), DAB, DVB, LTE, ...
• Vorteile:
• Effektive Verringerung von Intersymbolinterferenz
• Vermeidung von Übersprechen zwischen den Unterträgern
• Nachteil:Minderung der Leistungsfähigkeit des gesamten Systems bei hoherÜbertragungsfehlerzahl auf einzelnen Unterträgern
Lösungsansatz: Adaptive ModulationWahl der Modulationsordnung für jeden Unterträger abhängig von seinemSignal- zu Rauschleistungsverhältnis (SNR)
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.4
Chair ofCommunication Systems
Motivation und ZielMotivation
OFDM als Mehrträger-Übertragungsverfahren weit verbreitet
• Einsatzbereiche: DSL, WLAN (IEEE 802.11), DAB, DVB, LTE, ...
• Vorteile:
• Effektive Verringerung von Intersymbolinterferenz
• Vermeidung von Übersprechen zwischen den Unterträgern
• Nachteil:Minderung der Leistungsfähigkeit des gesamten Systems bei hoherÜbertragungsfehlerzahl auf einzelnen Unterträgern
Lösungsansatz: Adaptive ModulationWahl der Modulationsordnung für jeden Unterträger abhängig von seinemSignal- zu Rauschleistungsverhältnis (SNR)
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.4
Chair ofCommunication Systems
Motivation und ZielAusgangssituation
Bestehende OFDM-Übertragungsstrecke aus vorangehenden Arbeiten
LabVIEW zur digitalen Basisbandsignalverarbeitung auf dem PC
NI USRP N200 Transceiver zur Hochfrequenzübertragung
Unidirektionale Übertragung
Gleiche Modulationsordnung auf allen Unterträgern
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.5
Chair ofCommunication Systems
Motivation und ZielAusgangssituation
Bestehende OFDM-Übertragungsstrecke aus vorangehenden Arbeiten
LabVIEW zur digitalen Basisbandsignalverarbeitung auf dem PC
NI USRP N200 Transceiver zur Hochfrequenzübertragung
Unidirektionale Übertragung
Gleiche Modulationsordnung auf allen Unterträgern
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.5
Chair ofCommunication Systems
Motivation und ZielAusgangssituation
Bestehende OFDM-Übertragungsstrecke aus vorangehenden Arbeiten
LabVIEW zur digitalen Basisbandsignalverarbeitung auf dem PC
NI USRP N200 Transceiver zur Hochfrequenzübertragung
Unidirektionale Übertragung
Gleiche Modulationsordnung auf allen Unterträgern
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.5
Chair ofCommunication Systems
Motivation und ZielZielsetzung
Implementierung von
• adaptiver Modulation
• mit signalisierter Modulationsinformation
• bei bidirektionaler Übertragung im Time Division Duplex-Verfahren
Szenarien zur Ansteuerung beider USRP-Transceiver
• Ein gemeinsamer Host-PC
• Zwei getrennte Host-PCs für die beiden Transceiver
Test und Verifikation
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.6
Chair ofCommunication Systems
Motivation und ZielZielsetzung
Implementierung von
• adaptiver Modulation
• mit signalisierter Modulationsinformation
• bei bidirektionaler Übertragung im Time Division Duplex-Verfahren
Szenarien zur Ansteuerung beider USRP-Transceiver
• Ein gemeinsamer Host-PC
• Zwei getrennte Host-PCs für die beiden Transceiver
Test und Verifikation
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.6
Chair ofCommunication Systems
Übersicht
1 Motivation und Ziel
2 Theoretischer Hintergrund
3 Implementierung
4 Fazit und Ausblick
5 Demonstration
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.7
Chair ofCommunication Systems
Theoretischer HintergrundEinzel- und Mehrträgerübertragung
f
|H(f )| t
B
T
t
|h(t)|
f
|H(f )| t
B
TS = NT
Einzeltrager
Mehrtrager
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
1
11
1
1
1
11
11
1
1
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0
0
00
00
0
0
000
0
τmax
Theoretischer HintergrundAdaptive Modulation bei Mehrträgerverfahren
Probleme statischer Modulation:
• Geringe Frequenzdiversität der schmalbandigen Unterträger
• In einem frequenzselektiven Kanal unterschiedliche Übertragungsqualität der einzelnenUnterträger
• Starker Einfluss einzelner Unterträger auf die Performanz des Gesamtsystems
Ziel:
• Angleichung der Übertragungsfehlerhäufigkeiten auf allen Unterträgern
Lösungsansatz:
• Kanalschätzung zur Abschätzung des SNR auf den Unterträgern
• Dynamische Anpassung der Modulationsordnung (Bits/Symbol) der einzelnenUnterträger, sog. adaptives Bit-Loading
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.9
Chair ofCommunication Systems
Theoretischer HintergrundAdaptive Modulation bei Mehrträgerverfahren
Probleme statischer Modulation:
• Geringe Frequenzdiversität der schmalbandigen Unterträger
• In einem frequenzselektiven Kanal unterschiedliche Übertragungsqualität der einzelnenUnterträger
• Starker Einfluss einzelner Unterträger auf die Performanz des Gesamtsystems
Ziel:
• Angleichung der Übertragungsfehlerhäufigkeiten auf allen Unterträgern
Lösungsansatz:
• Kanalschätzung zur Abschätzung des SNR auf den Unterträgern
• Dynamische Anpassung der Modulationsordnung (Bits/Symbol) der einzelnenUnterträger, sog. adaptives Bit-Loading
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.9
Chair ofCommunication Systems
Theoretischer HintergrundAdaptive Modulation bei Mehrträgerverfahren
Probleme statischer Modulation:
• Geringe Frequenzdiversität der schmalbandigen Unterträger
• In einem frequenzselektiven Kanal unterschiedliche Übertragungsqualität der einzelnenUnterträger
• Starker Einfluss einzelner Unterträger auf die Performanz des Gesamtsystems
Ziel:
• Angleichung der Übertragungsfehlerhäufigkeiten auf allen Unterträgern
Lösungsansatz:
• Kanalschätzung zur Abschätzung des SNR auf den Unterträgern
• Dynamische Anpassung der Modulationsordnung (Bits/Symbol) der einzelnenUnterträger, sog. adaptives Bit-Loading
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.9
Chair ofCommunication Systems
Theoretischer HintergrundBit-Loading Beispiel
192 Bits verteilt auf 48 OFDM Unterträger
|H|
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
Nutzdaten-Unterträger500 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Plot 0^H
Bits
/Sym
bol
10
0
2
4
6
8
Nutzdaten-Unterträger500 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Plot 0Bitloading
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.10
Chair ofCommunication Systems
Theoretischer HintergrundSignalisierung der Modulationsinformation
Kenntnis der verwendeten Modulationsparameter ist Voraussetzung fürVerarbeitung adaptiv modulierter Signale
Ablaufschema einer geschlossenen Signalisierungsschleife:
Trainingssequenz
Zu verwendende BAT
Daten
Transceiver 1 Transceiver 2
• Kanalschatzung
• Bit-Loading
• Signalisierungder BAT
Modulation derNutzdaten mitder erhaltenenBAT
t
Zeitliche Bedingung: Signalisierung erfolgt schneller als sich dieKanaleigenschaften verändern
Nachteil: Effizienzminderung durch Signalisierungsoverhead
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.11
Chair ofCommunication Systems
Theoretischer HintergrundSignalisierung der Modulationsinformation
Kenntnis der verwendeten Modulationsparameter ist Voraussetzung fürVerarbeitung adaptiv modulierter Signale
Ablaufschema einer geschlossenen Signalisierungsschleife:
Trainingssequenz
Zu verwendende BAT
Daten
Transceiver 1 Transceiver 2
• Kanalschatzung
• Bit-Loading
• Signalisierungder BAT
Modulation derNutzdaten mitder erhaltenenBAT
t
Zeitliche Bedingung: Signalisierung erfolgt schneller als sich dieKanaleigenschaften verändern
Nachteil: Effizienzminderung durch Signalisierungsoverhead
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.11
Chair ofCommunication Systems
Theoretischer HintergrundSignalisierung der Modulationsinformation
Kenntnis der verwendeten Modulationsparameter ist Voraussetzung fürVerarbeitung adaptiv modulierter Signale
Ablaufschema einer geschlossenen Signalisierungsschleife:
Trainingssequenz
Zu verwendende BAT
Daten
Transceiver 1 Transceiver 2
• Kanalschatzung
• Bit-Loading
• Signalisierungder BAT
Modulation derNutzdaten mitder erhaltenenBAT
t
Zeitliche Bedingung: Signalisierung erfolgt schneller als sich dieKanaleigenschaften verändern
Nachteil: Effizienzminderung durch SignalisierungsoverheadAdaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Peters
p.11Chair ofCommunication Systems
Theoretischer HintergrundOFDM-BasisbandmodellSender
Quelle
Zeit- undFreq.- Sync.
(CP entfernen)
Empfanger
Senke
Cyclic Prefixhinzufgen
Trainingssequenz(en)
Modulationsinformation
Praambelhinzufugen
Praambelauswerten
undentfernen
Funkkanal
OFDM-Signalerzeugungmit adaptiver Modulation
Entzerrung
Kanalschatzung
OFDM-Signalverarbeitungmit adaptiver Demodulation
Modulationsinformation
Trainings-sequenz(en)
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.12
Chair ofCommunication Systems
Übersicht
1 Motivation und Ziel
2 Theoretischer Hintergrund
3 Implementierung
4 Fazit und Ausblick
5 Demonstration
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.13
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungAufbau
Ein-PC Szenario: Zwei USRP-Module aneinem gemeinsamen Host-PC
• Signalisierung zunächst PC-intern möglich
• TDD-Synchronisation PC-internUSRP 1
Host-PC
USRP 2
Zwei-PC Szenario: Zwei Host-PCs mit jeeinem USRP-Transceiver
• Signalisierung und TDD-Synchronisation überdas Funksignal
USRP 1 USRP 2
Host-PC 1 Host-PC 2
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.14
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungAufbau
Ein-PC Szenario: Zwei USRP-Module aneinem gemeinsamen Host-PC
• Signalisierung zunächst PC-intern möglich
• TDD-Synchronisation PC-internUSRP 1
Host-PC
USRP 2
Zwei-PC Szenario: Zwei Host-PCs mit jeeinem USRP-Transceiver
• Signalisierung und TDD-Synchronisation überdas Funksignal
USRP 1 USRP 2
Host-PC 1 Host-PC 2
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.14
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungÜbertragungsparameter
Grobe Anlehnung an den WLAN Standard IEEE 802.11N = 64 Unterträger: 48 Nutzdatenträger, 4 Pilotträger, 12 ungenutzte Schutzträger
f/∆f0fc
267 21−7−21−32 32−26
Pilottrager} }Schutztrager Schutztrager
11 adaptive Modulationsstufen:keine Daten, 2-QAM, ..., 1024-QAM⇒ max. 480 Bits/OFDM-Block
Rahmenstruktur:
Nutzdatenblocke
BAT-SignalisierungsblockeTrainingssequenz
T. BAT}Praambel
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.15
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungÜbertragungsparameter
Grobe Anlehnung an den WLAN Standard IEEE 802.11N = 64 Unterträger: 48 Nutzdatenträger, 4 Pilotträger, 12 ungenutzte Schutzträger
f/∆f0fc
267 21−7−21−32 32−26
Pilottrager} }Schutztrager Schutztrager
11 adaptive Modulationsstufen:keine Daten, 2-QAM, ..., 1024-QAM⇒ max. 480 Bits/OFDM-Block
Rahmenstruktur:
Nutzdatenblocke
BAT-SignalisierungsblockeTrainingssequenz
T. BAT}Praambel
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.15
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungÜbertragungsparameter
Grobe Anlehnung an den WLAN Standard IEEE 802.11N = 64 Unterträger: 48 Nutzdatenträger, 4 Pilotträger, 12 ungenutzte Schutzträger
f/∆f0fc
267 21−7−21−32 32−26
Pilottrager} }Schutztrager Schutztrager
11 adaptive Modulationsstufen:keine Daten, 2-QAM, ..., 1024-QAM⇒ max. 480 Bits/OFDM-Block
Rahmenstruktur:
Nutzdatenblocke
BAT-SignalisierungsblockeTrainingssequenz
T. BAT}Praambel
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.15
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungAdaptives Bit-Loading nach Chow et. al.
Bit-Loading Algorithmus für feste Datenrate
• Relativ geringe Rechenkomplexität bei nahezuoptimalen Ergebnissen
• Berechnung basiert auf dem SNR
• Iterative Annäherung an Ziel-Bitsumme
Implementierter Ablauf:
quantisiertes Bit-Loading
Bit-Loadingb(SNR)[Bits/Symbol]
SNR [dB]
0 10 20 300
1
2
3
4
5
6
1
BATInitialisierung und
Plausibilitatsprufung
Teil AIterative Annaherungan Bit-Loading-Ziel
Teil BKonvergenzerzwingung
Hn
Bit-Loading-Ziel
max. Iterationenmax. Mod.-Ordnung
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.16
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungSignalisierung der Modulationsinformation
Einfügen der ermittelten BAT in das Sendesignal
Nutzdatenblocke
BAT Zu binarwandeln
P/SModulation(Mapping)
BlockbildungS/P
Einfugen vorNutz-
datenblocken
Signalisierungs-und Nutz-datenblocke
Verwendung robuster BPSK-Modulation
Begrenzung auf acht Modulationsstufen⇒ Drei Signalisierungsblöcke
Auslesen der BAT aus dem EmpfangssignalNutzdatenblocke
EntzerrteSignalisierungs-
und Nutz-datenblocke
Abtrennungder Nutz-datenblocke
Demodulation(Demapping)
P/S
ZuDezimal-Integerwandeln
S/P BAT
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.17
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungSignalisierung der Modulationsinformation
Einfügen der ermittelten BAT in das Sendesignal
Nutzdatenblocke
BAT Zu binarwandeln
P/SModulation(Mapping)
BlockbildungS/P
Einfugen vorNutz-
datenblocken
Signalisierungs-und Nutz-datenblocke
Verwendung robuster BPSK-Modulation
Begrenzung auf acht Modulationsstufen⇒ Drei Signalisierungsblöcke
Auslesen der BAT aus dem EmpfangssignalNutzdatenblocke
EntzerrteSignalisierungs-
und Nutz-datenblocke
Abtrennungder Nutz-datenblocke
Demodulation(Demapping)
P/S
ZuDezimal-Integerwandeln
S/P BAT
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.17
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungSignalisierung der Modulationsinformation
Einfügen der ermittelten BAT in das Sendesignal
Nutzdatenblocke
BAT Zu binarwandeln
P/SModulation(Mapping)
BlockbildungS/P
Einfugen vorNutz-
datenblocken
Signalisierungs-und Nutz-datenblocke
Verwendung robuster BPSK-Modulation
Begrenzung auf acht Modulationsstufen⇒ Drei Signalisierungsblöcke
Auslesen der BAT aus dem EmpfangssignalNutzdatenblocke
EntzerrteSignalisierungs-
und Nutz-datenblocke
Abtrennungder Nutz-datenblocke
Demodulation(Demapping)
P/S
ZuDezimal-Integerwandeln
S/P BAT
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.17
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungTDD-Synchronisationsverfahren
Ziel: Abwechselndes Senden in festem zeitlichem Abstand TTDD
Ein-PC Szenario: Einfache, programminterne Synchronisation
Zwei-PC Szenario: Master-Transceiver gibt den Sendetakt vor, Slave synchronisiert sichTx
Rx
Tx
Rx
t
t
+TTDD + tOffset
Empfangs-Akquisefenster
, OFDM-Rahmen
Master
Slave
TTDD
+ 12TTDD
+TTDD + tOffset
Echtzeitanforderung: Sendesignal muss 12TTDD nach dem Empfang zur Verfügung stehen
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.18
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungTDD-Synchronisationsverfahren
Ziel: Abwechselndes Senden in festem zeitlichem Abstand TTDD
Ein-PC Szenario: Einfache, programminterne Synchronisation
Zwei-PC Szenario: Master-Transceiver gibt den Sendetakt vor, Slave synchronisiert sichTx
Rx
Tx
Rx
t
t
+TTDD + tOffset
Empfangs-Akquisefenster
, OFDM-Rahmen
Master
Slave
TTDD
+ 12TTDD
+TTDD + tOffset
Echtzeitanforderung: Sendesignal muss 12TTDD nach dem Empfang zur Verfügung stehen
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.18
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungTDD-Synchronisationsverfahren
Ziel: Abwechselndes Senden in festem zeitlichem Abstand TTDD
Ein-PC Szenario: Einfache, programminterne Synchronisation
Zwei-PC Szenario: Master-Transceiver gibt den Sendetakt vor, Slave synchronisiert sichTx
Rx
Tx
Rx
t
t
+TTDD + tOffset
Empfangs-Akquisefenster
, OFDM-Rahmen
Master
Slave
TTDD
+ 12TTDD
+TTDD + tOffset
Echtzeitanforderung: Sendesignal muss 12TTDD nach dem Empfang zur Verfügung stehen
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.18
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungTDD-Synchronisationsverfahren
Ziel: Abwechselndes Senden in festem zeitlichem Abstand TTDD
Ein-PC Szenario: Einfache, programminterne Synchronisation
Zwei-PC Szenario: Master-Transceiver gibt den Sendetakt vor, Slave synchronisiert sichTx
Rx
Tx
Rx
t
t
+TTDD + tOffset
Empfangs-Akquisefenster
, OFDM-Rahmen
Master
Slave
TTDD
+ 12TTDD
+TTDD + tOffset
Echtzeitanforderung: Sendesignal muss 12TTDD nach dem Empfang zur Verfügung stehen
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.18
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungHauptprogrammstruktur
Sendezweig (Nur Slave) Sendezweig
Empfangszweig
Initialisierung
· USRP
· BATn
· Melder· Variablen
· Fehler abfangen
· USRP abschalten
· Fehler ausgeben
Horchen und
Synchronisation
· Ad. Demodulation
· Kanalschätzung
· Bit Loading
Auf Sync. wartenAuf BATn
warten
· Ad. Modulation
· Signalisierung
Sync.
Melder
Senden und nächsten TDD-Sendezeitpunkt
bestimmen
Auf nächsten TDD-
Empfangszeitpunkt
warten
Stopp?
Stopp?Ja
Ja
Nein
Nein
BAT Melder
· BAT
· BATL
G
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.19
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungZusätzliche Implementierungen ISimulationsmodus
Motivation:• Erzeugung reproduzierbarer, frequenzselektiver Kanalbedingungen
• Systemtests ohne Hardwareeinflüsse
Umsetzung:• Ein-PC-Szenario umschaltbar von USRP-Übertragung auf Simulation
• Faltung des Basisband-Sendesignals x(t) mit simulierten Kanalimpulsantworten hSim(t)
• Beaufschlagung mit weißem Gauß-Rauschen nAWGN(t)
ySim(t) = x(t) ∗ hSim(t) + nAWGN(t)
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.20
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungZusätzliche Implementierungen ISimulationsmodus
Motivation:• Erzeugung reproduzierbarer, frequenzselektiver Kanalbedingungen
• Systemtests ohne Hardwareeinflüsse
Umsetzung:• Ein-PC-Szenario umschaltbar von USRP-Übertragung auf Simulation
• Faltung des Basisband-Sendesignals x(t) mit simulierten Kanalimpulsantworten hSim(t)
• Beaufschlagung mit weißem Gauß-Rauschen nAWGN(t)
ySim(t) = x(t) ∗ hSim(t) + nAWGN(t)
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.20
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungZusätzliche Implementierungen IITestaufbau für dauerhaftes Senden
Problem im TDD-Betrieb mit Trigger-Timern:• Verzögerungen durch Schaltvorgänge der USRP-Module
• Signalverzerrungen durch Einschwingvorgänge
Lösungsansatz:• Vermeidung von Einschaltvorgängen
• Dauerhaft aktiver Sendezweig: Senden eines Nullsignals während der Wartezeit
• Timing mittels der Samplingrate und angepasster Nullpaketlänge
Ergebnis:• Keine Einschwingvorgänge
• Kürzere TDD-Intervalle realisierbar
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.21
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungZusätzliche Implementierungen IITestaufbau für dauerhaftes Senden
Problem im TDD-Betrieb mit Trigger-Timern:• Verzögerungen durch Schaltvorgänge der USRP-Module
• Signalverzerrungen durch Einschwingvorgänge
Lösungsansatz:• Vermeidung von Einschaltvorgängen
• Dauerhaft aktiver Sendezweig: Senden eines Nullsignals während der Wartezeit
• Timing mittels der Samplingrate und angepasster Nullpaketlänge
Ergebnis:• Keine Einschwingvorgänge
• Kürzere TDD-Intervalle realisierbar
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.21
Chair ofCommunication Systems
ImplementierungZusätzliche Implementierungen IITestaufbau für dauerhaftes Senden
Problem im TDD-Betrieb mit Trigger-Timern:• Verzögerungen durch Schaltvorgänge der USRP-Module
• Signalverzerrungen durch Einschwingvorgänge
Lösungsansatz:• Vermeidung von Einschaltvorgängen
• Dauerhaft aktiver Sendezweig: Senden eines Nullsignals während der Wartezeit
• Timing mittels der Samplingrate und angepasster Nullpaketlänge
Ergebnis:• Keine Einschwingvorgänge
• Kürzere TDD-Intervalle realisierbarAdaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Peters
p.21Chair ofCommunication Systems
Übersicht
1 Motivation und Ziel
2 Theoretischer Hintergrund
3 Implementierung
4 Fazit und Ausblick
5 Demonstration
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.22
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickResümee
Ausgang: Unidirektionale, statisch modulierende Übertragungsstrecke
OFDM-Signalverarbeitung überarbeitet
Erfolgreich erweitert um• Bidirektionale Übertragung im TDD-Verfahren,
• adaptive Modulation
• mit Signalisierung der Modulationsinformation
Mehrere Szenarien realisiert• Ein gemeinsamer Host-PC
• Zwei getrennte Host-PCs
• Simulationsmodus
Erkenntnisse über das Verhalten der USRP-Module gewonnen
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.23
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickResümee
Ausgang: Unidirektionale, statisch modulierende Übertragungsstrecke
OFDM-Signalverarbeitung überarbeitet
Erfolgreich erweitert um• Bidirektionale Übertragung im TDD-Verfahren,
• adaptive Modulation
• mit Signalisierung der Modulationsinformation
Mehrere Szenarien realisiert• Ein gemeinsamer Host-PC
• Zwei getrennte Host-PCs
• Simulationsmodus
Erkenntnisse über das Verhalten der USRP-Module gewonnen
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.23
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickResümee
Ausgang: Unidirektionale, statisch modulierende Übertragungsstrecke
OFDM-Signalverarbeitung überarbeitet
Erfolgreich erweitert um• Bidirektionale Übertragung im TDD-Verfahren,
• adaptive Modulation
• mit Signalisierung der Modulationsinformation
Mehrere Szenarien realisiert• Ein gemeinsamer Host-PC
• Zwei getrennte Host-PCs
• Simulationsmodus
Erkenntnisse über das Verhalten der USRP-Module gewonnen
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.23
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickResümee
Ausgang: Unidirektionale, statisch modulierende Übertragungsstrecke
OFDM-Signalverarbeitung überarbeitet
Erfolgreich erweitert um• Bidirektionale Übertragung im TDD-Verfahren,
• adaptive Modulation
• mit Signalisierung der Modulationsinformation
Mehrere Szenarien realisiert• Ein gemeinsamer Host-PC
• Zwei getrennte Host-PCs
• Simulationsmodus
Erkenntnisse über das Verhalten der USRP-Module gewonnenAdaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Peters
p.23Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickTestergebnisse
Implementierte Verfahren arbeiten zuverlässig
Simulation frequenzselektiver Kanäle:Merkliche Verringerung der Übertragungsfehler auf Unterträgern mitgeringem SNR erreichbar (s. Demonstration)
Laufzeiten der LabVIEW Signalverarbeitung:
• Minimal realisierbares TDD-Intervall von ca. 180 ms
• Nur für entsprechend langsam veränderliche Kanäle geeignet
• Ausreichend für Konzeptstudien und Tests
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.24
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickTestergebnisse
Implementierte Verfahren arbeiten zuverlässig
Simulation frequenzselektiver Kanäle:Merkliche Verringerung der Übertragungsfehler auf Unterträgern mitgeringem SNR erreichbar (s. Demonstration)
Laufzeiten der LabVIEW Signalverarbeitung:
• Minimal realisierbares TDD-Intervall von ca. 180 ms
• Nur für entsprechend langsam veränderliche Kanäle geeignet
• Ausreichend für Konzeptstudien und Tests
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.24
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickTestergebnisse
Implementierte Verfahren arbeiten zuverlässig
Simulation frequenzselektiver Kanäle:Merkliche Verringerung der Übertragungsfehler auf Unterträgern mitgeringem SNR erreichbar (s. Demonstration)
Laufzeiten der LabVIEW Signalverarbeitung:
• Minimal realisierbares TDD-Intervall von ca. 180 ms
• Nur für entsprechend langsam veränderliche Kanäle geeignet
• Ausreichend für Konzeptstudien und Tests
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.24
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickAusblick auf mögliche Weiterentwicklungen
Verfahren zur Verringerung des Signalisierungsoverheads
• Weiter entwickelte Signalisierungsverfahren
• Automatische Modulationsschätzung am Empfänger
Verringerung der Laufzeiten bei der Signalverarbeitung
• Optimierung der LabVIEW-Programmstrukturen
• Verlagerung der Signalverarbeitung auf FPGA-Bausteine der USRP-Module
Erweiterung des Simulationsmodus auf Simulation zeitlich veränderlicherKanäle
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.25
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickAusblick auf mögliche Weiterentwicklungen
Verfahren zur Verringerung des Signalisierungsoverheads
• Weiter entwickelte Signalisierungsverfahren
• Automatische Modulationsschätzung am Empfänger
Verringerung der Laufzeiten bei der Signalverarbeitung
• Optimierung der LabVIEW-Programmstrukturen
• Verlagerung der Signalverarbeitung auf FPGA-Bausteine der USRP-Module
Erweiterung des Simulationsmodus auf Simulation zeitlich veränderlicherKanäle
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.25
Chair ofCommunication Systems
Fazit und AusblickAusblick auf mögliche Weiterentwicklungen
Verfahren zur Verringerung des Signalisierungsoverheads
• Weiter entwickelte Signalisierungsverfahren
• Automatische Modulationsschätzung am Empfänger
Verringerung der Laufzeiten bei der Signalverarbeitung
• Optimierung der LabVIEW-Programmstrukturen
• Verlagerung der Signalverarbeitung auf FPGA-Bausteine der USRP-Module
Erweiterung des Simulationsmodus auf Simulation zeitlich veränderlicherKanäle
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.25
Chair ofCommunication Systems
Übersicht
1 Motivation und Ziel
2 Theoretischer Hintergrund
3 Implementierung
4 Fazit und Ausblick
5 Demonstration
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.26
Chair ofCommunication Systems
Demonstration
Es folgt eine kurze Vorführung der Übertragungsstrecke.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Adaptive OFDM-Übertragungsstrecke Timo Petersp.27
Chair ofCommunication Systems
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