OFDM技術(shù)-原理PPT課件

OFDM技術(shù)基本原理,OFDM是一種特殊的多載波傳輸方案，它通過串并轉(zhuǎn)換將高速數(shù)據(jù)流分配到若干并行的低速子信道中進行傳輸并行多載波傳輸對抗頻率選擇性衰落的性能比串行傳輸要強,對抗ISI的能力比串行傳輸要強,2.1OFDM基本原理,ModulationandDemodulationinanOFDMSystem,OFDM正交子載波,Time-FrequencyView,優(yōu)點1：抗多徑衰落,優(yōu)點3：Mitigateburstnoise,優(yōu)點4：高的頻譜利用率,優(yōu)點4：高的頻譜利用率,傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)：,假設(shè)M進制調(diào)制，單載波，符號周期為T,頻帶帶寬：,Bit傳輸速率：,頻譜利用率：,優(yōu)點4：高的頻譜利用率,OFDM系統(tǒng)：,假設(shè)M進制調(diào)制，N個子載波，符號周期為T，則1個OFDM符號周期為NT子載波間隔為：1/NT總的信號帶寬為：W=（N+1）/NT比特傳輸速率：,頻譜利用率：,缺點：,對頻率偏移敏感，同步要求高（后面解釋）高的峰均值平均功率比：OFDM信號是大量獨立同分布的子載波信號的疊加的結(jié)果，按中心極限定理，其信號幅度近似為高斯分布，因此具有較大的峰均值平均功率比,OFDM系統(tǒng)典型的收發(fā)機框圖,DFT的實現(xiàn),DFT&IDFT,OFDM符號表示：,2.2OFDM的關(guān)鍵技術(shù),N子載波數(shù)；TOFDM符號持續(xù)時間；,是分配給每個信道的數(shù)據(jù)符號；fi是第i個子載波的頻率,K=0,等效基帶形式：,OFDM信號的實現(xiàn)IDFT,s(t)的實部和虛部分別對應OFDM符號的同相I和正交Q分量，與相應子載波cos分量和sin分量相乘。對應的離散信號為：,Ts為采樣間隔，它等于基帶符號的符號間隔或符號周期，滿足,IDFT,OFDM符號的解調(diào)-DFT,對第k個子載波進行解調(diào)時（模擬基帶）：,對應的數(shù)字基帶操作(思考：1/N與DSP上定義的差別),時域OFDM符號,正交函數(shù)特性,根據(jù)以上分析，OFDM系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)可以分別由IDFT和DFT實現(xiàn)。通過N點的IDFT把頻域數(shù)據(jù)符號轉(zhuǎn)換為時域號，經(jīng)射頻載波調(diào)制后發(fā)送到無線信道中。,實際運用中，常采用IFFT/FFT代替IDFT/DFT進行調(diào)制，可以顯著降低運算復雜度。對于N非常大的OFDM，可進一步用基-4IFFT算法來實施傅里葉變換。,DFT的實現(xiàn),GI,Why?,WithoutGI:ISI,為了最大限度的消除碼間干擾，在每個符號之間插入保護間隔(GI),只要保護間隔長度大于信道的最大時延就可以完全消除碼間干擾。這段保護間隔內(nèi)可以不插任何信號，即為空白傳輸段。,GI(續(xù)),Delayedpath,由于多徑傳播的影響，子載波間不再保持正交，從而產(chǎn)生ICI,因為FFT積分區(qū)間內(nèi)，延遲的SC2不具有整數(shù)倍的周期,GI(續(xù)),GuardInterval,ICIofSC2onSC1,FFTIntegralTime,Subcarrier1,DelayedSubcarrier2,為了減小ICI，保護間不能是空白時段，OFDM可以在這段時間內(nèi)發(fā)送循環(huán)擴展信號稱為循環(huán)前綴（CP）。加入CP后，只要CP最大時延，OFDM延時部分包含的子載波周期數(shù)也為整數(shù)，不會在解調(diào)過程中產(chǎn)生ICI。,循環(huán)前綴(CyclicPrefix),SC2withdelay,SC2withoutdelay,CyclicPrefixillustration,TG,T,To,子載波數(shù)的選擇,在信號占用總頻帶不變且數(shù)字調(diào)制方法不變的情況下，當子載波數(shù)即并行信道數(shù)越多時，信息的傳輸速率越高，且其對于頻率選擇性衰落的承受能力更強。但同時其對時間選擇性衰弱更敏感，表現(xiàn)為對同步，特別是載波同步的要求非常的高，因為此時每個子載波的信道變窄了。隨著子載波數(shù)的增加，子載波間的頻率間隔也相對減少,由信道多普勒擴展而引入的頻偏將導致越來越大的ICI,同時隨著載波數(shù)的上升，系統(tǒng)對于FFT以及IFFT模塊的要求會不斷提高。,加窗技術(shù)(Windowing),右圖是子載波數(shù)分別為16、64、256時的歸一化(歸一化頻率為fT=fNTs)OFDM功率譜。其帶外功率譜密度衰減比較慢，即帶外輻射功率比較大，隨著子載波數(shù)量的增加，由于每個子載波功率譜密度主瓣和旁瓣變窄，故OFDM符號功率譜密度的下降速度會增加，但即使在256個子載波時40dB的帶寬仍會是3dB帶寬的4倍,將OFDM符號與升余弦窗函數(shù)在時域相乘，使得系統(tǒng)帶寬之外的功率可以快速下降。常采用的升余弦窗函數(shù)定義如下：,To表示加窗前的符號周期，加窗后符號周期變?yōu)?1+)To。,加窗技術(shù)(Windowing),經(jīng)過加窗處理后的OFDM符號,加窗技術(shù)(Windowing),加窗技術(shù)(Windowing),加升余弦窗可以減小OFDM符號帶外輻射增大滾降系數(shù)，帶外輻射功率下降越快（P31Fig.2.20）增大滾降系數(shù)（滾降帶的寬度越寬），會降低OFDM符號對時延擴展的容忍程度因為加窗可能使非恒定部分落到FFT時間段，使FFT時間段幅度非恒定，破壞子載波間正交性，引入ICI。同時前一符號的功率也泄露道后面OFDM符號的數(shù)據(jù)段，引入了ISI,RF調(diào)制,OFDM調(diào)制器的輸出產(chǎn)生了一個基帶信號，將此基帶信號與所需傳輸?shù)念l率進行混頻操作，應用如下圖所示的模擬技術(shù)或數(shù)字上變頻器可完成。數(shù)字調(diào)制技術(shù)更加精確。,OFDM基本參數(shù)的選擇,OFDM參數(shù)的選擇就是要在各種要求和沖突中進行折中考慮。一般首先要確定OFDM的三個基本參數(shù)：帶寬（Bandwidth）、比特率（BitRate）及保護間隔（GuardInterval）。保護間隔按慣例取信道時延擴展均方根值的24倍。OFDM符號的數(shù)據(jù)周期一般選取GI長度的5倍。一方面，為減少插入保護比特帶來的信噪比損失，數(shù)據(jù)符號周期要遠遠大于GI長度；另一方面，數(shù)據(jù)符號周期過大，導致子載波數(shù)增多，加大系統(tǒng)PAR和對頻率偏差的敏感度。信道所傳輸?shù)谋忍厮俾视烧{(diào)制類型、編碼速率和符號速率來確定。,系統(tǒng)子載波數(shù)N，每個子載波占用的帶寬1/NTs，系統(tǒng)帶寬B=1/Ts，循環(huán)前綴長度NG，均為重要的設(shè)計參量。CP長度應為OFDM符號的一小部分，以減小由于CP引入帶來的系統(tǒng)功率損失。由于CP長度直接與信道的最大時延擴展max有關(guān)，通常OFDM符號長度NTsmax，即子載波數(shù)NmaxB。子載波間隔1/NT比最大多普勒頻率fd大得多時，系統(tǒng)對多普勒擴展和由此產(chǎn)生的IC