بهبود بازدهی سيستم OFDM با استفاده از پروتکل HARQ در کانالهای محو شونده

Transcript

1 بهبود بازدهی سيستم OFDM با استفاده از پروتکل HARQ در کانالهای محو شونده -1 مجتبی رمضانپور علی اکبر خزاعی دانشجوی کارشناسی ارشد موسسه آموزش عالی خاوران مشهد 2- استادیار موسسه آموزش عالی خاوران نام ارائهدهنده: مجتبی رمضانپور چکیده-دسترسی چندگانه با تقسیم فرکانسی متعامد Multiplexing( )orthogonal Frequency Division یک تکنیک محبوب برای انتقال داده با سرعت باال و در محیطه یا چند مسیره به شمار می رود. تکنیک OFDM با تقسیم سمبلهای ارسالی بین چندین زیر حامل و ارسال همزمان آنها در مقابله با اثرات نامطلوب انتشار چند مسیره بسیار مقاوم و کارا میباشد. در سیستم هایی که کانال معکوس بین فرستنده و گیرنده موجود است طرح ترکیبی درخواست تکرار مجدد و کدهای تصحیح خطا که به اختصار HARQ نامیده میشود می تواند به طور قابلمالحظهای باعث بهبود عملکرد خطا افزایش نرخ داده یا ظرفیت سیستم های ارتباطات بیسیم شود. در این پروتکل گیرنده بعد از تشخیص خطا در یک کلمه دریافت شده تالش میکند تا آن اصالح نماید و چنانچه خطا قابل تصحیح نباشد آنگاه درخواست ارسال مجدد و یا اذعان منفی برای فرستنده ارسال مینماید. در این مقاله ضمن بررسی پروتکل HARQ و بررسی راهکارهای موجود جهت بهره وری سیستم OFDM کارایی درخواست تکرار خودکار ترکیبی در کاناله یا مختلف را مورد بررسی قرار خواهیم داد و با استفاده از نتایج شبیهسازی نشان میدهیم که احتمال خطای بیت در سیستم HARQ به طور بالقوه ای نسبت به حالت ارسال ساده بهبود یافته است. کلمات کليدی: سيستمOFDM پروتکل HARQ احتمال خطای بيت کانال محو شونده. 1. مقدمه تحول عظیم معروف به G4 گامی رو به آینده در تکنولوژیهای بی سیم و با هدف دستیا یب سیستم ه یا به عملکردهای باال وکاهش هزینه ها می باشد. در طراحی بی سیم سریع و جدید کمبود انرژی مهمترین محدودیت می باشد. سرویس هایی با نرخ بیت باال از یک سو و ارزش فوق العاده ی طیف فرکانسی از سوی دیگر تالش های تحقیقاتی را به سمت یافتن روش های کدینگ و مدوالسیون سوق داده تا کیفیت و بازدهی طیفی و توان مصرفی تجهیزات بهبود یابد. اما سیستم ه یا شیفت موثر و در عین حال الگوریتم ه یا پیچیده ی پردازش بی سیم به دلیل اینکه سیگنال ارسالی در معرض تلفات انتشار محو شدگی در کانال تداخل ناشی از وجود چندین کاربر و محدودیت توان در تجهیزات بی سیم می باشد از نظر عملکرد دچار محدودیت بوده و این عوامل مانع جدی در مقابل افزایش نرخ داده است. از میان عوامل باز دارنده ی ذکر شده محوشدگی در کانال که از اثرات پدیده ی چند مسیری و داپلر که به علت متحرک بودن اغلب سیستم ها است از عوامل دیگر مهم تر بوده و تخمین کانال در سیستم ه یا بی سیم را پیچیده می کند. OFDM فرکانس انتخابی از کانال را به مجموعه ای از کانال های مسطح موازی انتقال می دهد و در مقابل پراکندگی کانال های چند راهی محکم و

2 مقاوم می باشد. برای حذف تداخل بین سمبلی موجود در سیستم OFDM نیز که از مهمترین عوامل محدود کنندة ارسال اطالعات با نرخ بیت باال است از باند محافظ استفاده می شود. با اینحال در محیط چند مسیره بیشتر زیرحامل های OFDM به خاطر محوشدگی عمیق می تواند از بین رود. به علت ساختار خاص OFDM بکارگیری اعمال کدینگ کانال به یک سیستم مخابراتی باعث کاهش احتمال خطای بیت و افزایش بازدهی سیستم می شود. کدینگ کانال باعث می شود نرخ بیت مورد استفاده به حد باالی خود که توسط تئوری شانون تعریف شده است نزدیکتر شود. در نتیجه از کانال به نحو بهینه تری استفاده خواهد شد. تقاضا برای انتقال دیجیتال معتبر و مؤثر برای سیستم های شبکه بیسیم شامل طرح های قدرتمند کنترل خطا نظیر کد های تصحیح خطا و درخواست ارسال مجدد می باشد. در این مقاله اثر کدینگ کانال و پروتکل HARQ بر بازدهی سیستم OFDM مورد بررسی قرار می گیرد. در بخش دوم کلیاتی از سیستم OFDM ذکر می شود و در بخش سوم روش های مختلف درخواست تکرار اتوماتیک ترکیبی تشریح خواهد شد. در بخش چهارم اثر کدینگ کانال و پیاده سازی پروتکل HARQ بر بهره و بازدهی سیستم مورد تجزیه و تحلیل قرار خواهد گرفت و نتایج شبیه سازی ارایه خواهد شد و در بخش پنجم نیز نتیجه گیری و پیشنهادات الزم مطرح خواهد شد..2 سیستم OFDM ارتباطات بی سیم مزایای بسیاری از جمله سرعت سادگی مقاومت در مقابل محوشدگی تحرک و انعطاف پذیری دارد اما در عین حال مشکالتی از جمله تداخل بین نماد )ISI( تداخل بین حامل )ICI( انتشار چند مسیره و محوشدگی وجود دارد. در کانال های با نرخ باال برای انتقال سیگنال به باند حامل نیازمند مدوالسیون چندحاملی است. OFDM یکی از بهترین و محبوب ترین آن هاست. امروزه روش OFDM به عنوان یک روش قوی برای نسل چهارم )G4( سیستم ه یا ارتباطی تلفن همراه سیستم ه یا مخابرات زیر آ ی ب OFDM اولین بار توسط چنگ در سال 6611 ارائه شده است] 6 [. اولین کاربرد OFDM هم در مخابرات بی سیم و هم در مخابرات سیمی کاربرد دارد. بطور نمونه شبکه های سیستم ه یا در لینک ه یا مخابرات نوری و... در نظر گرفته می شود. طرح در دسترس رادیویی رادیوییHF نظامی بود. تکنیک OFDM باندپهن) BRAN ( پخش صدای دیجیتال) DAB ( پخش زمینی اطالعات ویدئو دیجیتال )DVB_T( خط مشترک دیجیتال نامتقارن )ADSL( از سیستم OFDM بهره می برند. مدولهسازی چند حاملی که پهنای باند در دسترس کانال را به زیرباندهایی با پهنای نسبتا کوچک F W N تقسیم میکند راهحلی برای نزدیک C(F) نمودن نرخ انتقال به ظرفیت کانال است. سیگنال هر زیرباند را میتوان به طور مستقل کدگذاری و با نرخ سمبل 1 F به طور همزمان مدولهسازی کرد. اگر ΔF به اندازهی کافی کوچک باشد در این صورت کنیم. )6( اساسا در طول هر زیر باند ثابت بوده و لذا تداخل بین سمبلی قابل صرف نظر کردن است. این گونه تقسیم پهنای باندW در شکل 6 نشان داده شده است. به هر زیرباند)زیرکانال( یک سیگنال حامل سینوسی به صورت زیر منتسب می- S ( t) cos(2 t), k 0,1,..., N 1 k f k )2( که در آن Fk فرکانس میانی زیرکانال kام است. چنانچه نرخ سمبل T/1 در هر زیرکانال برابر با فاصلهی فرکانسی زیرحاملهای مجاور Δf باشد زیرحاملها مستقل از رابطهی فازی آنها روی بازهی سمبل T متعامد هستند. رابطه )2( بیان ریاضی از تعامد بین حامل ها را نشان می دهد. T 0 cos( 2 f k t )cos(2 f k j t ) dt 0 j که در آن مستقل از مقادیر فازهای fk-fj=n/t φj φk و n=1,2, N-1 میباشد. بنابراین سیگنال های مالتیپلکس شده با تقسیمات فرکانسی متعامد (OFDM) را ایجاد کردهایم. در سیستم OFDM زیرحاملهای متناظر زیرکانالها طبق تعریف رابطه )2( متقابال متعامد هستند. و بلوک داده ها را رمزگشایی می کند. تکنیک OFDM حالت خاصی از سیستمهای چند حاملی است که بازدهی پهنای باند بیشتری دارد. علت آن در این نکته نهفته است که در این روش فاصله بین زیرحاملها کمتر است و در عین حال که حاملها همپوشانی دارند در گیرنده قابل تفکیک میباشند چرا که فاصله فرکانسی زیرحاملها به گونهای است که متعامد بودن آنها تضمین میشود[ 2 ].

3 شکل 6 - تقسیم پهنای باندW کانال به زیر کانالهای باند باریک با پهنای باند [3]. ΔF از مزایای OFDM میتوان به مقاوت آن در کانال چند مسیره مقابله با نویز ضربهای و مقاومت در برابر تداخل باند باریک اشاره کرد. همچنین OFDM دارای معایب و مشکالتی مانند بزرگی نسبت ماکزیمم به متوسط توان حساسیت به همزمانی فرکانسی و پیچیدگی بیشتر میباشد. برای مدوالسیون و دمدوالسیون به تعداد زیادی بلوک مدوالتور و دمدوالتور یکسان نیاز است. میتوان نشان داد که مدوالسیون یک سیگنال با معکوس تبدیل فوریه گسسته قابل اجرا بوده و نیز یک مجموعه دمدوالتور همسان در گیرنده OFDM را میتوان با استفاده از تبدیل فوریه گسسته پیاده سازی کرد [3]. )3( با توجه به تعامد زیرحامل ها سیگنال OFDM ارسالی در باند میا ین در بازه زمان i ام را می توان به صورت زیر نوشت: Si ( t) Re Nc-1 k=0 Xi(k) e k j2 ( f0 ) T,iT t < (i +1)T 1 ساخت حامل هایی با فاصله فرکانسی دقیق T نرمالیزه شود آنگاه: کار دشواری هست. اگر از سیگنال X(t( با فواصل زمان T N نمونه برداری شده و به ضریب 1 N X(n) 1 nt X ( ) N N 1 N Nc-1 k=0 X(k) e j2n k N )4( رابطه فوق رابطه IFFT است. لذا نمونه های سیگنال زمانی OFDM به صورت IFFT گرفتن از Nc سمبل مختلط ارسالی در زیر حامل های مختلف به دست می آید. بنابراین پیاده سازی سیستم OFDM بسیار ساده می شود. در بلوک دیاگرام ک یل مختلط به گروه های Nc تایی به شکل T X =[x( 0 ),x( 1),x( k),...,x( Nc -1)] نمونه از انتهای فریم به ابتدای آن اضافه می شود که به این نمونه ها پیشوند گردشی می فرستنده و گیرنده مبتنی بر OFDM سمبل های دسته بندی می شوند. پس از گرفتن IFFT از بردار X به تعداد G گویند. این نمونه ها به صورت سریال وارد مبدل دیجیتال به آنالوگ می شوند تا سیگنال x(t( بدست آید که پس از عبور از طبقات RF ارسال شوند. انجام فرآیند مدوالسیون و دمدوالسیون با استفاده از تبدیل فوریه گسسته ساخت و اجرای سیستم را ساده و مقرون به صرفه میکند. برای افزایش حفاظت زمانی سمبلهای OFDM پس از تولید هر سمبل با هدف تامین مصونیت زمانی در برابر ISI باندازه مشخصی درنگ نموده که به آن فاصله محافظ گفته می شود و معموال کسری از Tu می باشد و با G نمایش داده می- شود. در گیرنده از سیگنال دریافتی Y(t( نمونه برداری شده و پیشوند گردشی CP برداشته شده و FFT گرفته می شود و سپس به صورت سریال به دمدوالتور فرستاده می شود. 3. بهبود کارایی سیستم OFDM باشد: 1.3 در ادامه روش های مختلفی را که باعث افزایش بهره وری سیستم می گردد را مورد بررسی قرار خواهیم داد که به قرار ذیل می- اثر کدینگ کانال در بازدهی سیستم بکارگیری کدینگ کانال میتواند باعث بهبود احتمال خطای سیستم OFDM گردد. چرا که احتمال خطا در OFDM کد نشده به علت استفاده از سمبلهای طوالنی و فاصله زمانی محافظ در حدی است که به وسیله کدینگ قابل بهبود میباشد. کدینگ کانال

4 در OFDM میتواند از مزیت دایورسیتی فرکانسی نیز استفاده کند که خود باعث افزایش بهره کدینگ میشود[ 4 ]. شکل 2 احتمال خطای بیت سیستم را در کانال AWGN نشان میدهد. مشاهده میکنیم در Eb/N0 یکسان حالت کد شده نسبت به حالت بدون کد دارای BER کمتری خواهد بود. BER of the received symbols. ( G=0.25,BW=20MHz,AWGN channel and modulation of BPSK ) 10 0 شکل 2 - احتمال خطای بیت سیستم در کانالAWGN Without encoding With encoding از مزایای دیگر کدینگ کانال در OFDM کاهش نسبت ماکزیمم به متوسط توان در سیگنال خروجی است[ 1 ]. این ویژگی مربوط به کدهای خاصی میباشد. بعضی از دنباله بیتهای ارسالی نسبت ماکزیمم به متوسط توان مناسبی در سیگنال خروجی خواهند داشت. بنابراین اگر این رشته بیتهای خاص به عنوان کلمه کد در کد کننده کانال استفاده شوند این نسبت را در سیگنال خروجی کاهش میدهند. 2.3 اثر گستره تأخير کانال در بازدهی OFDM کد نشده با فاصله زمانی محافظ اگر فاصله زمانی محافظ وجود نداشته باشد با افزایش گستره تأخیر احتمال خطای بیت افزایش می یابد چرا که تداخل بین سمبلی و تداخل بین حاملی افزایش می یابد. اما در صورتیکه از فاصله زمانی محافظ بصورت گسترش تکرار استفاده شود افزایش گستره تأخیر کانال اثر چندانی بر احتمال خطای سیستم نخواهد داشت. چرا که خطای تداخل بین سمبلی و تداخل بین حاملی ناشی از آن به وسیله فاصله زمانی محافظ حذف می شود. اگر گستره تأخیر از فاصله زمانی محافظ بیشتر شود خطای بین سمبلی و بین حاملی ایجاد خواهد شد و باعث افزایش احتمال خطای بیت خواهد شد. 3.3 نقش فاصله زمانی محافظ در بازدهی سيستم افزایش دوره زمانی سمبل در OFDM نسبت به سیستمهای تک حاملی باعث کاهش خطای تداخل بین سمبلی و تداخل بین 4.3 حاملی میگردد اما آن را کامال حذف نمیکند. استفاده از فاصله زمانی به صورت گسترش تکرار سمبل اصلی باعث حذف کامل تداخل بین سمبلی و تداخل بین حاملی گردیده و در نتیجه احتمال خطای بیت را کاهش میدهد[ 7 ]. بهبود عملکرد سيستم OFDM با استفاده از کاهش نسبت ماکزیمم به ميانگين یک مسئله مهم مدوله سازی چند حاملی نسبت باالی توان قله به میانگین) Peak-to-average-ratio ( است که خصوصیت ذاتی سیگنال ارسالی می باشد. در حالت کلی نقاط قله بزرگ زمانی در سیگنال ارسالی واقع می شود که سیگنال های چندین زیرکانال از نظر فاز به طور سازنده با هم جمع شوند. در صورت تولید دیجیتالی سیگنال چند حاملی چنین قله های بزرگی می تواند موجب برش ولتاژ سیگنال در مبدلD/A و یا اشباع تقویت کننده توان گشته و موجب بروز اعوجاج بین مدوله سازی در سیگنال ارسالی شود. بزرگ بودن نسبت ماکزیمم به میانگین باعث دو مشکل اساسی می شود از یک طرف نیاز به تقویت کننده با محدوده عملکرد خطی وسیعتری خواهد بود که گران تمام می شود و از طرف دیگر مبدل های A/D وD/A نیز پیچیده تر خواهد شد. بنابراین کاهش PAR در سیگنال OFDM بسیار مهم می باشد. برای کاهش PAR در سیستم های چند حاملی روشهای مختلفی پیشنهاد شده است. یکی از ساده ترین روش ها اعمال تغییر فازهای مختلف به هر کدام از زیر حاملها است. این تغییر فازها را می توان به صورت شبه تصادفی و یا به کمک یک الگوریتم انتخاب کرد. روش دیگر که می توان برای کاهش این نسبت استفاده نمود مدوله سازی زیر مجموعه کوچکی

5 از زیرحاملها توسط سمبل های ساختگی است که برای کاهش PAR انتخاب شده اند. در یک سیگنال چند حاملی تولید شده به صورت دیجیتالی می توان با استفاده از برش سیگنال در مبدل D/A نسبت ماکزیمم به میانگین را در محدوده مشخص حفظ نمود. عموما برش موجب خطا در دنباله ی ارسالی می شود. در چنین حالتی اگر وقوع برش هراز گاهی باشد خطاهای اتفاقی تولید شده را می توان با استفاده از یک کد تصحیح خطای مناسب اصالح نمود[ 2 ]. 5.3 اثر درخواست تکرار خودکار استفاده از الگوهای آشکارسازی خطا و کنترل خطا به طور گسترده برای حل مشکالت مربوط به ازدحام در شببکه اسبتفاده شبده و عملکبرد آن در محیطی که تضعیف شدگی در آن جا قالب است مطلوب می باشبد. دو روش پایبه ببرای کنتبرل خطبا در ارتباطبات دیجیتبالی وجبود دارد اصبالح خطبا مستقیم و درخواست تکرار اتوماتیک. در روش اول گیرنده جهت تصبحیح خطبایی کبه آن را در ی کب کلمبه کشبف کبرده تبالش مبی کنبد و پبس از شناسایی به اصالح خطا پرداخته و بلوک داده ها را رمزگشایی می کند و به کاربر نهایی تحویل می دهد. بیت پریتی به هر بلوک پیام ارسالی اضبافه شبده و به فرم کلمه کد بر اساس کد خطا و تصحیح در می آیند. سیستم ه یا اصالح خطا مستقیم برای استفاده در کانال های ساده ای طراحی شده اسبت کبه در آن جریان اطالعات تنها در یک جهت است] 4 [. پروتکل ارسال مجدد به عنوان طرح بعدی مورد استفاده قرارمبی گیبرد. اگبر گیرنبده تشبخیص دهبد کلمه دریافت شده بدون خطا باشد گیرنده اذعان مثبت به فرستنده ارسال می کند. چنانچه خطایی در پیام دریافتی آشکارسازی شبد گیرنبده درخواسبت ارسال مجدد پیام را به فرستنده می دهد. برای اینکار در فرستنده از کدینگ CRC که یک روش کنترل خطا جهت آشکارسازی خطا می باشد بهره مبی برند. در کدینگ CRC فرستنده بیت های اضافی به نام Checksum را طبق قانونی تولید می کند و سپس این بیت های اضافی به پیام اضافه مبی شبوند. بعد از دریافت کلمه ارسال شده گیرنده به طور مشابه همان قانون را برای دریافت کلمه اعمال می کنبد. در صبورتی کبه نتیجبه Checksum غیرصبفر باشد خطا افتاده و فرستنده باید پیام را ارسال کند. بر خالف سیستم ه یا اصبالح خطبا مسبتقیم طبرح درخواسبت تکبرار اتوماتی کب بازخورد کانال دارد و یک جهته نیستند. این طرح خود به سه حالت انجام می گیرد حالت اول توقف و انتظار کبه سباده تبرین حالبت ای نب حالت دیگر برگشت به عقب معروفند و حالت اخر انتخاب ارسال مجدد است ]5[. نیباز ببه وجبود ی کب طبرح اسبت و اثر روش درخواست تكرار خودکار ترکیبی بر بازدهی سیستم هایی دارد: دو دسته از تکنیک ه یا کنترل خطاهای انتقال که در سیستم ه یا ارتباطات داده استفاده میشوند دارای معایبی هستند. به عنوان مثال در یک سیستم ارتباطی اصالح خطا مستقیم کلمه کد دریافتی نیاز به رمزگشایی دارد حتی اگر آن به اشتباه تشخیص داده شود و پیام رمزگشایی شده صرفنظر از اینکه آیا آن درست دریافت شده یا نه باید به کاربر تحویل داده شود و همچنین برای به دست آوردن قابلیت اطمینان باال سیستم باید یک کد طوالنی قدرتمند استفاده شود و مجموعه بزرگی از الگوهای خطا باید اصالح شود. این امر موجب میشود تا رمزگشایی به سختی اجرا شود و پر هزینه باشد] 1 [. در مقابل در یک سیستم ارتباطی درخواست تکرار خودکار توان ثابت نیست و با افزایش نرخ خطا کانال سرعت انتقال کند میشود که این مشکل ضعف اصلی طرح درخواست تکرار خودکار میباشد. چنانچه دو طرح اولیه کنترل خطا به درستی ترکیب شوند میتوان اشکاالت این طرحها را برطرف نمود. در طرح درخواست تکرار خودکار ترکیبی سیستم اصالح خطا مستقیم با اصالح خطای پی در پی که اتفاق میافتد میتواند تعداد ارسال مجدد را کاهش دهد و باعث افزایش عملکرد سیستم شود. با این حال زمانی که یک الگوی خطای کمتر رخ میدهد گیرنده به جای رمزگشایی غلط از کاربر درخواست ارسال مجدد میکند که این قابلیت اطمینان سیستم را افزایش میدهد. در نتیجه ترکیب مناسبی از سیستم اصالح خطا مستقیم و درخواست تکرار خودکار میتواند عملکرد بهتری را با پیچیدگی معقول در یک سیستم ارائه دهد. دو ساختار کلی برای پروتکل HARQ وجود دارد. ساده ترین نسخه از درخواست تکرار اتوماتیک ترکیبی نوع یک درخواست تکرار اتوماتیک ترکیبی است که هر دو بلوک تشخیص خطا و اطالعات اصالح خطا مستقیم را به هر پیام قبل از انتقال اضافه می کند. هنگامی که بلوک داده ها کد شده دریافت می شود گیرنده اولین رمز گشایی کد تشخیص خطا را انجام می دهد. اگر کیفیت کانال به اندازه کافی خوب باشد تمام خطاهای انتقال باید اصالح شود و گیرنده می تواند بلوک داده ها را درست به دست آورد. اگر کیفیت کانال بد باشد نمی توان همه خطاهای انتقال را اصالح کرد گیرنده این وضعیت را با استفاده از کد تشخیص خطا تشخیص می دهد و پس از دریافت بلوک داده ها بسته آسیب دیده را رد کرده و درخواست ارسال مجدد داده می دهد. در روش دوم گیرنده به جای این که بسته داده هایی که با خطا دریافت شده را دور بریزد آن ها را ذخیره می کند و زمانی که بلوک ارسال مجدد دریافت شد این دو بسته ترکیب می شوند. به این حالت درخواست تکرار اتوماتیک ترکیبی با ترکیب نرم گفته می شود. در اینحالت ترکیبی از انتقال داده که قبال با خطا دریافت شده به اندازه کافی اطالعات را برای رمزگشایی درست در اختیار ما می گذارد. در این روش دو حالت وجود.4

6 الف: ترکیب تعقیبی که در آن هر ارسال مجدد شامل همان اطالعات )داده ها و بیت توازن( ارسال قبلی است و گیرنده با استفاده از روش حداکثر نسبت ترکیب به ترکیب بیت دریافتی با بیتی که از انتقال های قبلی است می پردازد ]7 1[. شکل 3 نمایی از این روش را نشان می دهد. ب: افزایش افزونگی که در آن هر ارسال مجدد شامل اطالعات متفاوت از قبلی است. در این روش هر بار مجموعه های متعددی از بیت ه یا گذاری ایجاد می شوند. کد شکل 3 - روش ترکیب تعقیبی در پروتکل [5] HARQ در انتشار چند مسیره و محوشدگی فرکانس انتخابی که موجب محدود شدن سرعت ارسال اطالعات با نرخ باال در فرستنده و گیرنده موبایل میشود استفاده از پروتکل HARQ کارایی سیستم را بطور قابل توجهی باال می برد. بستر شبیهسازی و تحقیقات شبکه ارتباطی WIMAX می باشد و دادههای مورد استفاده از نوع دادههای مرسوم در ارتباطات اینترنتی میباشد. در این مقاله ساختار پروتکل HARQ در کانال های AWGN و محوشونده مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. متناسب با شرایط کانال و نوع مدوالسیون انتخابی مشخصات کدهای تصحیح مستقیم تغییر می کند تا کارایی سیستم نسبت به کانال بهینه گردد. نتایج به دست آمده در دو حالت کد شده و کد نشده با استفاده از نرم افزار MATLAB شبیه سازی شده و با هم مقایسه گردیده است. چنانچه در نتایج شبیه سازی مشاهده میشود سیستم در حالت درخواست تکرار خودکار ترکیبی نسبت به درخواست تکرار خودکار و نیز حالت کد نشده دارای شرایط مطلوب و بهینه تر خواهد بود..5 مدل سیستم شبیه سازی شده شکل 4 بلوک دیاگرام سیستم شبیه سازی شده را نشان خواهد داد. در ابتدا داده مورد نظر با استفاده از یک شبه دنباله تصادفی بصورت سیگنالی تصادفی در می آید. اینکار از وقوع پشت سر هم تعداد زیادی یک یا صفر جلوگیری می کند و بدین ترتیب دنباله شبه تصادفی مورد نظر توسط یک شیفت رجیستر با چند جمله ای اولی به دست می آید. شکل 5 کدینگ عملکرد خوبی خواهد داشت. مدار منطقی شیفت رجیستر و نحوه اعمال دنباله شبه تصادفی را نشان می دهد. در این مرحله کدینگ آشکارسازی خطا )کد افزونه چرخشی( به سیگنال اضافه می شود و سیگنال توسط بلوک کد کننده کانال با کدهای مختلف )حالت چند کدی)کد ریدساالمون -کد کانولوشن- کدمتریک(( کد می شود. این کدها در گیرنده جهت تصحیح خطا مستقیم استفاده می شوند. اطالعات کد شده در مرحله بعد توسط مدوالتور مدوله و بعد از تبدیل فرستنده انجام خواهد شد. پس از دمدوالتور اطالعات توسط کدبردار مناسب بازیا یب سیستم محاسبه می شود. می به سمبل OFDM بر روی کانال ارسال می شود. در گیرنده هم عکس عمل شوند و با مقایسه رشته بیت ارسالی و دریافتی احتمال خطای

7 شکل 4 -بلوک دیاگرام سیستم شبیه سازی شده آنچه در سیستم HARQ اتفاق می افتد ترکیب روش های تصحیح خطا مستقیم و درخواست ارسال مجدد است. وظیفه بلوک بافر هم در اینجا به این صورت می باشد که بعد از اعمال کدهای مختلف در فرستنده پیام ارسال شده تا زمان مشخصی ذخیره می گردد. در گیرنده نیز چنانچه سیگنال بدون خطا دریافت شده باشد اذعان مثبت به فرستنده ارسال می گردد و فرستنده سمبل بعدی را وارد کانال می عالوه بر آن تقاضای ارسال مجدد آن نیز بیش از حد تعی نی نماید. چنانچه سیگنال با خطا دریافت شود و شده در HARQ نباشد بسته موجود از داخل بافر دوباره ارسال می گردد. گیرنده نیز سیگنال دریافتی را در بافری ذخیره میکند و سپس با روش هایی چون روش حداکثر نسبت ترکیب داده های ذخیره شده را با هم ترکیب می نماید. در صورتیکه تقاضا برای ارسال مجدد بسته بیش از حد تعی نی ذخیره داده را دارد. نتایج شبیه سازی در قسمت بعدی مشهود می باشد. شده باشد بسته آسیب دیده دور انداخته می شود. در این مقاله بافر حداکثر 4 بار ظرفیت شکل 5 -مدار Randomization جدول شماره 6 مشخصه های مختلف کانال محوشدگی را نشان می دهد. شبیه سازی سیستم در کانال محوشدگی مبتنی بر مدل SUI می باشد. مدل SUI شامل 1 نوع کانال بیسیم با گستره تاخیر مختلف و پخش شدگی متفاوت شیفت ه یا داپلر تحت شرایط دید مستقیم یا مسیر غیر مستقیم می باشد. Channel SUI-1 SUI-2 SUI-3 SUI-4 SUI-5 SUI-6 جدول شماره 1 - مشخصه های کانال محوشدگی [8] Train Type Flat/lighttree density( Type C) Flat/lighttree density ( TypeC) Moderatetreedensi ty ( Type B ) Moderate tree density ( Type B) Hilly/heavy tree density ( Type A ) Hilly/heavy tree density ( Type A ) Doppler Spread High High. Delay Spread Moderate High High K Factor High High 6. نتایج شبیه سازی

8 در این مقاله از پروتکل درخواست تکرار خودکار ترکیبی نوع دو )HARQ-II( جهت بهبود عملکرد سیستم استفاده شده است. شکل 1 نتایج شبیه سازی بهبود عملکرد سیستم OFDM با استفاده از نرم افزار متلب را در کانال AWGN و شکلهای 7 تا 62 نتایج را در کانال محوشدگی نشان میدهد. مشاهده میشود که عملکرد سیستم )نرخ خطای بیتی( در پروتکل HARQ بهتر از ارسال در حالت های درخواست ارسال مجدد) ARQ ( تصحیح خطا مستقیم) FEC ( و حالت چند کدی است. شکل 66 تاثیر لزوم استفاده از پهنای باند بهینه را در یک کانال و شکل های 62 و 63 تاثیر پیشوند دوره-ای را در کانال های مختلف نشان می دهد. چنانچه از این اشکال بر می آید بسته به نوع کانال باید نوع پیشوند دوری را بصورت وفقی لحاظ نمود تا عملکرد سیستم بهینه گردد. BER of the received symbols. ( G=0.25,BW=20MHz,AWGN channel and modulation of BPSK ) 10 0 Eb/N0 شکل 1 - BER در کانالAWGN با پروتکل HARQو 0.25=G Without ARQ+FEC HARQ-II BER of the received symbols. ( G=0.25,BW=20MHz,SUI=1 and modulation of BPSK ) 10 0 ARQ FEC HARQ-II Theorical شکل 7 - مقایسه روش های ارسال در کانال محوشدگی) SUI1 ( و 0.25=G

9 BER of the received symbols. ( G=0.25,BW=20MHz,SUI=1 and modulation of BPSK ) 10 0 With interleaving Without interleaving db شکل 8 - تاثیر درهمینه بر BER در کانال محوشدگی) SUI1 ( BER of the received symbols. ( G=0.25,BW=20MHz,SUI=3 and modulation of BPSK ) 10 0 Without encoding With HARQ-II Eb/N0 شکل 6 - BER در کانال محوشدگی) SUI3 (

10 10 0 BER of the received symbols. ( G=0.25,SUI=1 and modulation of BPSK ) BW.28 MHz BW.20 MHz BW.15 MHz BW.10 MHz BW. 2.5 MHz BW.1.25 MHz Eb/N0 شکل 61 - BER در کانال محوشدگی) SUI1 ( به ازای پهنای باندهای متفاوت 0BER of the received symbols. ( SUI=1,BW=20MHz and modulation of BPSK ) 10 CP=1/4 CP=1/8 CP=1/16 CP=1/32 Eb/N0 شکل 66 - BER در کانال محوشدگی) SUI1 ( با cp های مختلف

11 0BER of the received symbols. ( SUI=2,BW=20MHz and modulation of BPSK ) 10 CP=1/4 CP=1/8 CP=1/16 CP=1/32 شکل 62- BER در کانال محوشدگی )SUI2( با CP های مختلف 7. نتیجهگیری در این مقاله احتمال خطای بیت سیستم را به ازای استفاده از روش روش درخواست تکرار خودکار ترکیبی در کانال های مختلف به ازای تاخیر و پخش شدگی فرکانسی متفاوت و در مسیر مستقیم و غیر مستقیم مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است و با استفاده از نتایج شبیه سازی نشان دادیم که استفاده از پروتکل HARQ نسبت به حالت ارسال یکطرفه ارسال مبتنی بر ARQ و یا استفاده از روش تصحیح خطا مستقیم نرخ خطای بیت را بهبود می دهد. در این مقاله کدهای رید ساالمون کانولوشنال به عنوان FEC لحاظ گردیده است. در قسمت ارسال مجدد هم حداکثر 4 بار سیستم قابلیت تصحیح خطا و ترکیب داده را دارد که در این وضعیت نتایج شبیه سازی به مقدار زیادی بهبود عملکرد سیستم را نسبت به حالت ساده نشان می دهد. به عنوان پیشنهاد به نظر می رسد استفاده از پروتکل HARQ در تصحیح اعوجاج هایی از سیستم OFDM که ناشی از روش های بهبود نسبت پیک به متوسط است عالوه بر کاهش PAPR منجر به عملکرد بهینه سیستم OFDM نیز گردد. 8. مراجع [1] C. E. Shannon, A mathematical theory of communication, Bell Syst. Tech. J., [2] John G.Proakis,Salehi Masoud, Digital Communications fifth Edition [3] Weinstein, S. B. and Ebert, P. M., Data Transmission By Frequency Division Multiplexing Using The Discrete Fourier Transform, IEEE Transactions on Communication Technology, vol. COM-19, pp , October [4] Floch, B. Le., Alard, M. and Berrou, C., Coded Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, Proc. IEEE, 83(6): , June [5] K.Al-Majdi and R.S.Al-Moussawy and L.Anwer Hassan Reed Solomon coding in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) communication system journal of engineering and development,vol.16,no.3,sep [6] Van Nee, R. and Prasad, R., OFDM for Wireless Multimedia Communication, Artech House, Boston, [7] A. Peled and A. Ruiz, Frequency domain data transmission using reduced computationally complexity algorithms, in Proceedings [8] of IEEE International Conference of Acoustics, Speech and Signal Processing, (Denver), pp ,