Швидке перетворення Фур'є в OFDM: алгоритмічні підходи та їхня роль в інформаційних технологіях

БОЙКО, Ю., ПЯТІН, І., ДРУЖИНІН, В., ЄРЬОМЕНКО, О. (2025). Fast fourier transform in ofdm: algorithmic approaches and their role in information technologies. Information systems and technologies security, 1(9), 81–92. https://doi.org/10.17721/ISTS.2025.9.81-92

Вступ. Технологія мультиплексування з ортогональним частотним поділом каналів – OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) є ключовою технологією сучасних інформаційних систем і використовується в мобільних мережах 4G, 5G, стандарті IEEE 802.11 (Wi-Fi) і цифровому телебаченні (DVB-T). Збільшення пропускної здатності каналів зв'язку вимагає оптимального вибору параметрів перетворень сигналів для ефективного використання апаратних ресурсів програмованої вентильної матриці FPGA (Field-programmable gate array) для реалізації OFDM.Методи. Використано такі методи: математичне моделювання системи зв'язку з OFDM у середовищі Simulink, що дозволило дослідити функціональні перетворення сигналу, а також аналіз коефіцієнта бітових помилок для різних параметрів модуляції. Реалізацію алгоритмів FFT виконано з використанням HDL-кодування для порівняння ефективності алгоритмів швидкого перетворення Фур'є (FFT) Streaming Radix-2² і Burst Radix-2.Результати. Результати моделювання показали, що використання передискретизації сигналу на передавачі покращує енергетику каналу, знижуючи необхідний рівень потужності на 12 дБ. Залежність коефіцієнта бітових помилок від відношення сигнал-шум демонструє, що збільшення довжини FFT з 512 до 2048 точок потребує підвищення відношення сигнал / шум SNR на 6 дБ. Аналіз впливу циклічного префікса (СP) показав, що оптимальна довжина CP становить 1/16 символу OFDM, що зменшує втрати швидкості передачі. Вплив модуляції на коефіцієнт бітових помилок (BER) свідчить про необхідність збільшення потужності під час переходу до вищих порядків квадратурної амплітудної модуляції (QAM).Висновки. Зроблено висновок, що параметри FFT і передискретизації є критичними для ефективності системи OFDM. Отримані результати можуть бути використані для оптимізації реалізації OFDM на FPGA.