結合簡要介紹OFDM的工作原理,輸入資料信元的速率爲R,經過串並轉換後,分成M個並行的子資料流程,每個子資料流程的速率爲R/M,在每個子資料流程中的若干個比特分成一組,每組的數目取決於對應子載波上的調製方式,如PSK、QAM等。M個並行的子資料信元編碼交織後進行IFFT變換,將頻域信號轉換到時域,IFFT塊的輸出是N個時域的樣點,再將長爲Lp的CP(迴圈字首)加到N個樣點前,形成迴圈擴展的OFDM信元,因此,實際發送的OFDM信元的長度爲Lp＋N,經過並/串轉換後發射。接收端接收到的信號是時域信號,此信號經過串並轉換後移去CP,如果CP長度大於通道的記憶長度時,ISI僅僅影響CP,而不影響有用資料,去掉CP也就去掉了ISI的影響。
OFDM技術之所以越來越受關注,是因爲OFDM有很多獨特的優點：
(1)頻譜利用率很高,頻譜效率比串列系統高近一倍。這一點在頻譜資源有限的無線環境中很重要。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊,從理論上講其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。
(2)抗多徑干擾與頻率選擇性衰落能力強,由於OFDM系統把資料分散到許多個子載波上,大大降低了各子載波的符號速率,從而減弱多徑傳播的影響,若再通過採用加迴圈字首作爲保護間隔的方法,甚至可以完全消除符號間干擾。
(3)採用動態子載波分配技術能使系統達到最大比特率。通過選取各子通道,每個符號的比特數以及分配給各子通道的功率使總比特率最大。即要求各子通道資訊分配應遵循資訊理論中的“注水定理”,亦即優質通道多傳送,較差通道少傳送,劣質通道不傳送的原則
(4)通過各子載波的聯合編碼,可具有很強的抗衰落能力。OFDM技術本身已經利用了通道的頻率分集,如果衰落不是特別嚴重,就沒有必要再加時域等化器。但通過將各個通道聯合編碼,可以使系統性能得到提高。
(5)基於離散傅立葉變換(DFT)的OFDM有快速演算法,OFDM採用IFFT和FFT來實現調製和解調,易用DSP實現。
Wimax的核心調製技術OFDM
OFDM的基本原理
OFDM是一種無線環境下的高速傳輸技術。無線通道的頻率回應曲線大多是非平坦的,而OFDM技術的主要思想就是在頻域內將給定通道分成許多正交子通道,在每個子通道上使用一個子載波進行調製,並且各子載波平行傳輸。這樣,儘管總的通道是非平坦的,具有頻率選擇性,但是每個子通道是相對平坦的,在每個子通道上進行的是窄帶傳輸,信號帶寬小於通道的相應帶寬,因此就可以大大消除信號波形間的干擾。由於在OFDM系統中各個子通道的載波相互正交,它們的頻譜是相互重疊的,這樣不但減小了子載波間的相互干擾,同時又提高了頻譜利用率。
2 OFDM的關鍵技術
2.1 同步技術
OFDM系統中,Ｎ個符號的平行傳輸會使符號的延續時間更長,因此它對時間的偏差不敏感。對於無線通信來說,無線通道存在時變性,在傳輸中存在的頻率偏移會使OFDM系統子載波之間的正交性遭到破壞,相位雜訊對系統也有很大的損害。
由於發送端和接受端之間的採樣時鐘有偏差,每個信號樣本都一定程度地偏離它真確的採樣時間,此偏差隨樣本數量的增加而線性增大,儘管時間偏差壞子載波之間的正交性,但是通常情況下可以忽略不計。當採樣錯誤可以被校正時,就可以用內插濾波器來控制真確的時間進行採樣。
相位雜訊有兩個基本的影響,其一是對所有的子載波引入了一個隨機相位變數,跟蹤技術和差分檢測可以用來降低共同相位誤差的影響,其次也會引人一定量的通道間干擾（ICI）,因爲相位誤差導致子載波的間隔不再是精確的1/Ｔ了。
載波頻率的偏移會使子通道之間産生干擾。OFDM系統的輸出信號是多個相互覆蓋的子通道的疊加,它們之間的正交性有嚴格的要求。無線通道時變性的一種具體體現就是多普勒頻移,多普勒頻移與載波頻率以及移動台的移動速度都成正比。多普勒展寬會導致頻率發生彌散,引起信號發生畸變。從頻域上看,信號失真會隨發送通道的多普勒擴展的增加而加劇。因此對於要求子載波嚴格同步的OFDM系統來說,載波的頻率偏移所帶來的影響會更加嚴重,如果不採取措施對這種通道間干擾（ICI）加以克服,系統的性能很難得到改善。
OFDM中的同步通常包括3方面的內容：
（1）幀檢測;
（2）載波頻率偏差及校正;
（3）採樣偏差及校正。
由於同步是OFDM技術中的一個難點,因此,很多人也提出了很多OFDM同步演算法,主要是針對迴圈擴展和特殊的訓練序列以及導頻信號來進行,其中較常用的有利用奇異值分解的ESPRIT同步演算法和ML估計演算法,其中ESPRIT演算法雖然估計精度高,但計算複雜,計算量大,而ML演算法利用OFDM信號的迴圈字首,可以有效地對OFDM信號進行頻偏和時偏的聯合估計,而且與ESPRIT演算法相比,其計算量要小得多。對OFDM技術的同步演算法研究得比較多,需要根據具體的系統具體設計和研究,利用各種演算法融合進行聯合估計才是可行的。OFDM系統對定時頻偏的要求是小於OFDM符號間隔的4%,對頻率偏移的要求大約要小於子載波間隔的1%~2%,系統産生的-3dB相位雜訊帶寬大約爲子載波間隔的0.01%~ 0.1%。
2.2 PARP的解決
由於OFDM信號是有一系列的子通道信號重疊起來的,所以很容易造成較大的PAPR。大的OFDM PAPR 信號通過功率放大器時會有很大的頻譜擴展和帶內失真。但是由於大的PARP的概率並不大,可以把大的PAPR值的OFDM信號去掉。但是把大的PAPR值的OFDM信號去掉會影響信號的性能,所以採用的技術必須保證這樣的影響儘量小。
一般通過以下幾種技術解決：
（1）信號失真技術。採用修剪技術、峰值窗口去除技術或峰值刪除技術使峰值振幅值簡單地線性去除。
（2）編碼技術。採用專門的前向改錯碼會使産生非常大的PAPR的OFDM符號去除。
（3）擾碼技術。採用擾碼技術,使生成的OFDM的互相關性儘量爲0,從而使OFDM的PAPR減少。這裏的擾碼技術可以對生成的OFDM信號的相位進行重置,典型的有PTS和SLM。
2.3 訓練序列/導頻及通道估計技術
接收端使用差分檢測時不需要通道估計,但仍需要一些導頻信號提供初始的相位參考,差分檢測可以降低系統的複雜度和導頻的數量,但卻損失了信噪比。尤其是在OFDM系統中,系統對頻偏比較敏感,所以一般使用相干檢測。
在系統採用相干檢測時,通道估計是必須的。此時可以使用訓練序列和導頻作爲輔助資訊,訓練序列通常用在非時變通道中,在時變通道中一般使用導頻信號。在OFDM系統中,導頻信號是時頻二維的。爲了提高估計的精度,可以插入連續導頻和分散導頻,導頻的數量是估計精度和系統複雜的折衷。導頻信號之間的間隔取決於通道的相干時間和相干帶寬,在時域上,導頻的間隔應小於相干時間;在頻域上,導頻的間隔應小於相干帶寬。實際應用中,導頻的模式的設計要根據具體情況而定。
4 則留言:
很好的介紹
找了很多文章你的文章最能讓我明白了解
OFDM系統的運作
其實這篇只是概述
我還有滿多資料的
只是沒有放上來 ^^"
你的文章都寫得很詳細
重點都有提到
也很容易明白
希望你有空時
可以再多寫幾篇
相信對研究電子通訊這塊領域的人
會有很好的幫助
感謝您的開導~
又學到不少OFDM的好壞
獲益良多阿^^
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