Especificação e simulação de um subsistema de transmissão OFDM na norma LTE

Abstract

O presente trabalho de Graduação aborda a especificação de um subsistema de comunicação baseado em OFDM seguido da sua simulação utilizando um software de design eletrônico em nível sistema. A partir do estudo da camada física do padrão LTE, sintetizado no trabalho de Graduação 1, observou-se a vasta utilização da técnica de multiplexação por divisão ortogonal de frequência (OFDM) em diversos sistemas atuais de comunicação digital. Em ambientes de propagação urbano e indoor, um canal seletivo em frequência aparece frequentemente na prática tendo em vista o aumento sistemático da banda ocupada pelo sinal de transmissão. Uma das vantagens de se utilizar OFDM como técnica de multiplexação reside na sua boa robustez às interferências intersimbólicas introduzidas pelo canal, se comparada a um sistema monoportadora. Por outro lado, demoduladores OFDM são muito sensíveis a erros de sincronização devidos à uma série de imperfeições como a detecção errada do início de um quadro OFDM, a dessincronização entre frequências de amostragem e a variação na frequência portadora devido ao efeito Doppler. Consequentemente, um receptor baseado em OFDM necessita de um subsistema de sincronização robusto de modo a compensar esses efeitos. Uma revisão de algoritmos de sincronização adaptados ao OFDM é realizada neste trabalho. A etapa de simulação, realizada no software SystemVue, permite observar o comportamento de um receptor OFDM em diferentes cenários de teste. Por fim, o desempenho do modelo em nível sistema é comparado aos requesitos estabelecidos pelo padrão LTE e futuras modificações são sugeridas.

The present Graduation Work covers the specification of a transmission subsystem based on OFDM, followed by its simulation using an electronic system-level design software. From the study of the LTE physical layer, synthesized in the Graduation Work 1, it was observed the widespread use of orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) technique in several modern digital communication systems. In urban and indoor environments, frequency-selective channels appear frequently in practice due to the systematic increase in the occupied bandwidth of the transmitted signal. One of the advantages in using OFDM as multiplexing technique lies in its good robustness to inter-symbol interferences introduced by the channel, if compared to a single-carrier system. On the other hand, OFDM demodulators are very sensitive to synchronization errors due to some imperfections, such as the erroneous detection of the start of an OFDM symbol, the desynchronization between sampling frequencies and the variation in the carrier frequency due to Doppler effect. Consequently, a receiver based in OFDM needs a reliable synchronization subsystem in order to compensate these effects. A review of synchronization algorithms suited to OFDM is presented in this work. The simulation, carried out with the software SystemVue, allows to observe the behaviour of an OFDM subsystem under different test scenarios. Finally, the performance of the system-level model is compared to the requirements established by the LTE standard and future modification are suggested.