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OFDM技�
閱讀�11682時間�2010-11-13 17:04:50

  由于人們對通信�(shù)�(jù)�、寬帶化、個人化和移動化的迫切需��OFDM 技術在綜合無線接入領域將越來越得到廣泛的應�。隨�DSP芯片技術的�(fā)展,傅立葉變�/反變�、高速Modem采用�64/128/256QAM技�、柵格編碼技�、軟判決技�、信道自適應技術、插入保護時�、減少均衡計算量等成熟技術的逐步引入,人們已開始集中越來越多的精力開�(fā)OFDM技術在移動通信領域的應�.預計第三代以后的移動通信的主流技術將是OFDM技��

OFDM簡介

  20世紀中期,人們提出了頻帶混疊的多載波通信方案,選擇相互之間正交的載波頻率作子載波,也就是我們所說的正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)技術。這種“正交”表示的是載波頻率間精確的數(shù)學關�。按照這種設想,OFDM既能充分利用信道帶寬,也可以避免使用高速均衡和抗突�(fā)噪聲差錯�

  目前,OFDM已經被國外的多個標準采用,如IEEE802.11a和ETSI(歐洲通信標準學會)的HiperL-AN/2標準同樣采用OFDM作為調制方式,有線傳輸系�(tǒng)的應用也同樣采用了基于OFDM的調制復用技術,如在xDSL中的離散多音頻系�(tǒng)和有線調制器應用�

  OFDM是一種特殊的多載波調制技�,用戶的信息首先要經過串行到并行的轉�,轉變成多個低速率的數(shù)�(jù)碼流,通過編碼之后,調制為射頻信號,傳�(tǒng)的調制技術在同一個時刻只能用一種頻率進行�(shù)�(jù)的傳�,而OFDM則可以在正交的頻率上同時�(fā)送多路信號,可以說是并行的傳送多路信�,這樣OFDM能夠充分地利用信道的帶寬。OFDM不用帶通濾波器來分隔子載波,而是通過快速傅立葉變換(FFT)來選用那些即便混疊也能夠保持正交的波形�

  OFDM盡管還是一種頻分復用(FDM�,但已完全不同于過去的FDM。OFDM的接收機實際上是通過FFT實現(xiàn)的一組解調器。它將不同載波搬移至零頻,然后在一個碼元周期內積分,其他載波信號由于與所積分的信號正�,因此不會對信息的提取產生影響。OFDM的數(shù)�(jù)傳輸速率也與子載波的�(shù)量有��

  OFDM系統(tǒng)的子載波可以自適應地根據(jù)信道的情況選擇調制方式,并且能夠實現(xiàn)在各種調制方式之間的切換。選擇和切換的原則是頻譜利用率和誤碼率之間的平衡選擇。在通常的通信系統(tǒng)�,為了保持一定的可靠性,選擇通過采用功率控制和自適應調制�(xié)調工作的技�。信道好的時�,發(fā)射功率不變,可以增強調制方式(如64QAM�,或者在低調制(如QPSK)時降低�(fā)射功�。功率控制與自適應調制要取得平衡,也就是說對于一個遠端發(fā)射臺,它有良好的信道,若�(fā)送功率保持不變,可使用較高的調制方案�64QAM;若功率可以減小,調制方案也相應降低,可使用QPSK�

OFDM中的同步

  ①幀檢測,②載波頻率偏差及校正,③采樣偏差及校正�

  由于同步是OFDM技術中的一個難�,因�,很多人也提出了很多OFDM同步算法,主要是針對循環(huán)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同步算法和ML估計算法,其中ESPRIT算法雖然估計精度�,但計算復雜,計算量�,而ML算法利用OFDM信號的循�(huán)前綴,可以有效地對OFDM信號進行頻偏和時偏的�(lián)合估計,而且與ESPRIT算法相比,其計算量要小得多。對OFDM技術的同步算法研究得比較多,需要根�(jù)具體的系�(tǒng)具體設計和研究,利用各種算法融合進行�(lián)合估計才是可行的。OFDM系統(tǒng)對定時頻偏的要求是小于OFDM符號間隔�4[%],對頻率偏移的要求大約要小于子載波間隔的1[%]�2[%],系�(tǒng)產生�3dB相位噪聲帶寬大約為子載波間隔�0.01[%]�0.1[%]�

OFDM信號�(fā)送和接收原理

 ?�?)編碼:在基于OFDM調制技術的系統(tǒng)�,編碼采用Reed-Solomon�、卷積糾錯碼、維特比碼或TURBO��

  �2)交織:交織器用于降低在�(shù)�(jù)信道中的突發(fā)錯誤,交織后的數(shù)�(jù)通過一個串并行轉換器,將IQ映射到一個相應的星座圖上。在這里I代表同相信號,Q代表正交信號�

 ?�?)數(shù)字調制:在OFDM方式中,采用星座圖將符號映射到相應的星座點上。這一過程產生IQ�,它們被過濾并送到IFFT上進行變換�

 ?�?)插入導頻:為了能夠使接收穩(wěn)定,在每48個子載波中插�4個導頻信��

 ?�?)串并轉換:使串行輸入的信號以并行的方式輸出到M條線路上。這M條線路上的任何一條上的數(shù)�(jù)傳輸速率則為R/M碼字/��

  �6)快速傅立葉逆變換:快速傅立葉逆變換可以把頻域離散的數(shù)�(jù)轉化為時域離散的�(shù)�(jù)。由�,用戶的原始輸入�(shù)�(jù)就被OFDM按照頻域�(shù)�(jù)進行了處理�

 ?�?)并串轉換:用于將并行數(shù)�(jù)轉換為串行數(shù)�(jù)�

 ?�?)插入循�(huán)前綴并加窗:循環(huán)前綴為單個的OFDM符號�(chuàng)建一個保護帶,在信噪比邊緣損耗中被丟�,以極大地減少符號間干擾�

OFDM的關鍵技�

  由于�(fā)送端和接受端之間的采樣時鐘有偏差,每個信號樣本都一定程度地偏離它正確的采樣時間,此偏差隨樣本數(shù)量的增加而線性增�,盡管時間偏差破壞子載波之間的正交性,但是通常情況下可以忽略不�。當采樣錯誤可以被校正時,就可以用內插濾波器來控制正確的時間進行采樣�

  相位噪聲有兩個基本的影響,其一是對所有的子載波引入了一個隨機相位變�,跟蹤技術和差分檢測可以用來降低共同相位誤差的影�,其次也會引入一定量的信道間干擾(ICI�,因為相位誤差導致子載波的間隔不再是精確�1/T��

  載波頻率的偏移會使子信道之間產生干擾。OFDM系統(tǒng)的輸出信號是多個相互覆蓋的子信道的疊加,它們之間的正交性有嚴格的要�。無線信道時變性的一種具體體�(xiàn)就是多普勒頻�,多普勒頻移與載波頻率以及移動臺的移動速度都成正比。多普勒展寬會導致頻率發(fā)生彌�,引起信號發(fā)生畸�。從頻域上看,信號失真會隨發(fā)送信道的多普勒擴展的增加而加�。因此對于要求子載波嚴格同步的OFDM系統(tǒng)來說,載波的頻率偏移所帶來的影響會更加嚴重,如果不采取措施對這種信道間干擾(ICI)加以克服,系統(tǒng)的性能很難得到改善�

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