Cyclic Prefix Extension and Windowing

O uso da IFFT consiste na utilização de uma forma de pulso rectangular. Isto significa que irão ocorrer descontinuidades de um símbolo OFDM para o próximo, resultando em emissões fora de banda. As descontinuidades entre os símbolos OFDM podem ser reduzidas usando windowing.

Para windowing = N amostras, o prefixo cíclico adicionado ao símbolo OFDM nominal estende-se por N amostras adicionais.

De seguida são apresentados os blocos mais importantes que compõem o bloco CP_Extension_Windowing, é também apresentada uma figura 3.10 a exemplificar o processamento que é feito ao longo deste bloco.

• Compute_CP_Pass_Through_Index.

• Multiply_by_Window.

CAPÍTULO 3. MODELAÇÃO E SÍNTESE

1 OFDM symbols

cyclic extension cyclic prefix + allowance for windowing

windowing (exaggerated for illustration) extension by repetition of first OFDM symbol

overlapping

extraction of complete OFDM symbols with guard and windowing

2 3 4 1 10 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 1 2 3 4 1 1 2 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 9 4 49 49 128 128 128 128 128 142 138 137 137 137 138 137 137 137 141 141 141 128 128 128

CAPÍTULO 3. MODELA ÇÃ O E SÍNTESE

Figura 3.11: Estrutura do bloco CP_Compute_CP_Pass_Through_Index presente no bloco CP_Windowing do modelo da cadeia desenvolvida em Simulink.

CAPÍTULO 3. MODELAÇÃO E SÍNTESE

O subsistema Compute_CP_Pass_Through_Index detecta o final do símbolo OFDM actual, determina o comprimento do CP que corresponde a esse símbolo e subtrai-o ao comprimento da IFFT para criar a saída fftMinusCP. Este valor é usado para agendar a extensão CP.

Outra saída, fftMinusCPandWindow, é criada e usada para planear as operações de windowing. O subsistema Check Window Multiply agenda essas operações criando sinais de controlo e indexação, que são utilizados pelo subsistema Multiply_by_Window para multiplicar a "cabeça"(head) e a "cauda"(tail) do símbolo OFDM por amostras de windowing raised-cosine.

Multiply_by_Window : Para o resultado final estar de acordo com aquele apresentado pela toolbox LTE do MATLAB (a referência), o processo de windowing é dividido em dois sub-processos (um para a cabeça do símbolo e um para a cauda) para permitir um comprimento de sinal a adicionar maior que o de o CP. Os blocos que multiplicam a cabeça do símbolo OFDM estão situados no topo do subsistema. Como a extensão do prefixo cíclico é uma adição indispensável ao sinal final por parte do modulador OFDM, dependendo do comprimento da janela, o windowing da cabeça pode ser aplicado somente às amostras de CP, e não aquelas que compõem o próprio símbolo. Para as amostras de dados de CP relevantes (0 até o tamanho da janela), um contador é usado para endereçar uma Look Up Table (LUT) contendo as amostras de window Raised-Cosine pré-calculadas. A saída do RC Window Lookup é então multiplicada pela amostra de dados de entrada do CP. Todas as amostras fora do processo de windowing são multiplicadas por 1. Os blocos que executam a multiplicação na cauda do símbolo OFDM estão situados na metade inferior do subsistema. De um modo semelhante ao windowing das amostras da cabeça do símbolo OFDM, para as amostras de cauda relevantes (o comprimento final do IFFT - comprimento de janela), um contador endereça uma LUT contendo as amostras de janelas. A saída do RC Window Lookup é então multiplicada pela amostra de dados de entrada do CP. Todas as amostras fora da janela (do processo de windowing) são multiplicadas por 1, à semelhança do que acontece na cabeça do símbolo.

CAPÍTULO 3. MODELA ÇÃ O E SÍNTESE

Figura 3.12: Estrutura do bloco Multiply_by_Window presente no bloco CP_Windowing do modelo da cadeia desenvolvida em Simulink.

CAPÍTULO 3. MODELA ÇÃ O E SÍNTESE

Figura 3.13: Estrutura do bloco Overlap_and_Add presente no bloco CP_Windowing do modelo da cadeia desenvolvida em Simulink.

CAPÍTULO 3. MODELAÇÃO E SÍNTESE

Overlap_and_Add: A segunda parte do processo de windowing é a fase de sobreposição e soma de uma parte de dois símbolos OFDM consecutivos. Neste subsistema, a extremidade final do símbolo OFDM actual é sobreposta à cabeça do próximo símbolo OFDM e somadas. Um contador conta o número de amostras OFDM e CP que foram moduladas sobre uma trama LTE inteira, a fim de determinar o início e o fim da trama. Isto é necessário para agendar a captura da cabeça a partir do início da trama LTE no headRAM, e para sobrepor e adicioná-la com a cauda da trama LTE seguinte. Quando o sinal de controlo Add Window é 1 e o valor totSampleCount é menor que o número total de amostras na trama, a saída do subsistema é a soma das amostras de cabeça do símbolo OFDM actual e a cauda do símbolo OFDM seguinte. Quando Add Window é 1 e o valor totSampleCount é maior que o número total de amostras na trama, a saída do subsistema é a soma das amostras de cabeça de sobreposição armazenadas em headRAM e as amostras de cauda (resultantes do processo de windowing) da trama LTE. Quando Add Window é 0, a saída do subsistema é uma amostra de símbolo OFDM sem windowing.

Uma vez apresentada a cadeia criada em Simulink a partir de blocos MATLAB, passamos agora para a parte de simulação e validação da mesma.

Capítulo 4

Simulação

4.1

Introdução

O objectivo deste capítulo é expor o processo de teste e validação de resultados. Primeiramente, é feita uma simulação comportamental a partir do modelo criado em Simulink. De seguida são realizadas simulações funcionais em VHDL recorrendo a testbenches. Aqui, primeiramente com a leitura de dados a ser feita de um ficheiro e, posteriormente, de uma Read-Only Memory (ROM). Para efeitos de validação dois sinais, cujas características serão discutidas mais à frente, serão usados e passarão pela sequência de simulações enunciadas anteriormente.