第十章 OFDM技术

1、第10章OFDM技术，2，系统的通信能力实际上取决于信道的传播特性。在高速数据服务中，发送符号的周期可以与延迟扩展相比较，也可以小于延迟扩展，在牙齿中，引入了严重的代码间干扰，从而导致系统性能急剧下降。信道平衡是经典的码间干扰技术，许多移动通信系统使用平衡技术消除码间干扰。但是，如果数据速度非常高，并且使用单个载波传输数据，则通常设计数十个或数百个提取均衡器。这是硬件设计的噩梦。OFDM系统不仅可以使传输符号周期保持比多路径延迟大得多，而且还可以支持高速数据业务，而无需复杂的通道平衡。3，10.1 OFDM基本原则，OFDM的基本原则是将高速数据流分解为多个并行低速数据流，在多个载波上同时传输

2、。对于低速并行子载波，符号周期扩展导致多径效应引起的延迟扩展相对较小。在每个OFDM符号中插入特定的保护时间后，几乎可以忽略代码之间的干涉。OFDM系统设计的主要参数：1、子载波数2、保护时间3、符号周期4、载波间隔5、载波调制方法6、正向纠错编码选择、4、10.1.1 OFDM信号生成OFDM符号通过频带信号可以表示为OFDM信号。例如，解调第一载波(尤其是参考教科书)时，6，子载波数，4个载波独立波形和叠加信号，7，4个子载波的范围是恒定的，但是叠加后OFDM符号的范围发生了重大变化。也就是OFDM系统拥有的。由于满足了OFDM副载波之间的正交性，因此可以使用离散傅里叶变换(DFT)表示信

3、号。直接IDFT/DFT转换，算法的复杂性非常大，但使用IFFT/FFT，算法的复杂性降低到(基本2算法)，从而大大降低了OFDM系统的实施难度。8、OFDM符号频谱结构、9、OFDM系统满足Nyquist代码之间的干扰指示。但是此时，符号整形与一般系统不同，在频域而不是脉冲整形中实现。因此，时频双重关系通常牙齿为系统的码间干扰(ISI)牙齿OFDM系统的子载波间干扰(ICI)。要删除ICI，请确保OFDM系统在频域采样点不会失真。10，10.1.2保护时间和循环前缀多路径衰落信道：从OFDM接收器接收的信号包括，11，第一子载波的曹征信号包括有用信号、噪声信号和代码之间的干扰。其中，输出噪音

4、的分布为12，多路径效果引起的代码间干扰(ICI)。要消除代码之间的碰撞，必须在OFDM中的每个符号上插入保护时间。如果保护时间大于多路径延迟扩展，则符号的多路径元件不会干扰相邻符号。在保护时间内完全可以不发送信号。但是，在牙齿点，由于多路径效果的影响，子载波可能不会徐璐正交，从而引入子载波之间的干扰。13，在保护时间内，全0信号引入子载波2的干扰，当由多路径效应引起的子载波之间的干扰(ICI)，14，15，OFDM接收器调节子载波1的信号时。这主要是因为在FFT积分时间内，两个子载波的周期不再是整数倍数，所以不能保证正交性。为了减少ICI，OFDM符号可以在保护时间内发送称为循环前缀(CP)

5、的循环扩展信号。循环前缀是将来自OFDM符号尾部的信号移动到头部。这样，有时延迟的OFDM信号在FFT集成周期内始终可以具有整数倍数周期。因此，如果多路径延迟小于保护时间，则不会发生载波之间的干扰。，16，17，18，OFDM符号的循环前缀结构，19，在两个路径通道上传输OFDM符号，20，由于图的保护时间比多路径延迟大小，第二路径上的相位跳跃点在保护时间内，因此接收器接收的保护时间小于多路径延迟，那么，如果相位跳跃点在集成时间内，则多个载波信号不再正交，21，10.2.3窗口技术未窗口OFDM电力频谱，22，在图中，在符号边界处可以看到尖锐的相位跳跃。您可以看到OFDMA的带外衰减相对较慢。

6、随着载波数的增加，OFDM信号的带外衰减也增加。要加快OFDM信号的带外衰减，可以使用向单个OFDM符号添加窗口的方法。使用OFDM中的窗口函数，可以在符号边界上将信号幅度更平滑地切换为0。23，常用窗口函数为上升余弦滚下拉窗口。定义如下：24、25、添加OFDM窗口后添加时间结构OFDM窗口的处理过程如下：向第一个QAM符号添加0以获得IFFT操作的N个符号。然后，将IFFT输出尾部的样例值插入到OFDM符号的头部，将OFDM符号头部的样例值插入到OFDM符号的尾部。最后，乘以上升余弦滚下拉窗口函数，与之前OFDM符号区域内的样本值重叠，形成最终信号格式。26，具有窗口的OFDM电源频谱，2

7、7，增大滚动减少系数以实现更快的带外衰减，但减少了对OFDM系统中多路径延迟的容忍。两个路径通道中的相对延迟小于保护时间，但添加了窗口，从而发生了阴影部分宽度的转换，引入了ISI(代码间干扰)和子载波间干扰(ICI)牙齿。因此，在实际系统设计中，必须选择较小的滚动还原系数。在2路径通道上添加不适当的窗口导致了OFDM符号引入了三个茄子关键系统要求：ISI和ICI、28、10.1.4 OFDM系统设计OFDM收发器结构、29、系统带宽、业务数据速度、包括延迟扩展在内的多路径延迟扩展。根据牙齿三个茄子系统参数，设计阶段可以分为阶段1、确定保护时间2、确定符号周期3、确定3dB系统带宽范围内的子载波

8、数三个阶段。根据30，10.2 OFDM的信道估计，OFDM系统的接收可以使用干涉检测或非干涉检测。使用一致检测需要利用信道信息，因此接收端必须首先进行信道估计。在多载波系统中，使用差分调制方法时，接收端可以进行非干扰调节，但通常适用于低数据速率。使用训练序列的信道估计方法可分为传导信道和基于传导符号两种。IS-95使用基于传导通道的方法，但多载波系统具有时频二维结构，因此传导符号辅助通道估计更为灵活。31，32，传导符号辅助方法是在发送方的信号中的某些固定位置插入已知符号和序列，在接收方使用这些传导符号和频率序列根据特定算法估计信道。在单载波系统中，传导符号和频率序列只能在时间线方向插入，并

9、且从接收端提取频率符号以估计信道脉冲响应。在多载波系统中，传导符号既可以插入时间轴，也可以插入频率轴，从而从接收端提取传导符号来估计信道传输函数。利用二维插值滤波器，可以在时间和频率方向的间隔相对于信道干扰时间和一致带宽足够小的情况下估计信道传输函数。33，OFDM信道估计准则，LS信道估计最小二乘(LS，Least-Square)信道估计是从最小二乘意义上获得的信道估计器7。LS估算器的成本函数定义如下：其中Y=Y1、Y2、YN是由OFDM符号调整的输出信号组成的矢量，是通过信道估计得到的输出信号，是帧信号的对角矩阵。，34，38、OFDM系统同步、39，10.3 OFDM的同步技术、接收器

10、正常工作之前，OFDM系统必须至少完成两种茄子类型的同步操作。1、期间同步，OFDM系统确定符号边界，提取最佳采样时钟，以减少载波干扰(ICI)。2、频域同步，应估计和校正接收信号的载波偏移。40，10.3.1频率同步错误的影响是由于载波频率同步错误，接收信号在频域偏移。如果频率误差是子载波间隔的整数倍，则承载QAM信号的接收子载波频谱将转换N个载波位置。子载波仍然徐璐正交，但是OFDM信号的频谱结构不正确，错误率发生了严重错误。如果频率错误不是载波间隔的整数倍数，则一个子载波的信号能量会分布在相邻的两个载波上，从而导致子载波失去正交性，引入ICI会降低系统性能。41，由于频率误差，OFDM系

11、统在载波间干扰，42，OFDM系统中发送和接收必须完全匹配，以确保载波间的正交性，以便正确接收信号。所有频率偏移都导致ICI。在实际系统中，由于本地时钟源(例如晶体振荡器)不能精确地生成载波频率，因此必须始终附着随机相位调制信号。结果接收器生成的频率不能与发送者的频率完全匹配。对于单载波系统，相位噪声和频率偏移只是信噪比损失，没有干扰。但是，对于多个载波系统，可能会发生子载波之间的干扰(ICI)牙齿，因此，OFDM系统比单个载波系统对载波偏移敏感，因此需要采取措施消除频率偏移。43，10.3.2时间同步误差的影响与频率误差不同，时间同步误差不会引起子载波之间的干扰(ICI)。但是，由于时间同步

12、错误，FFT处理窗口包含两个连续的OFDM符号，从而引入了OFDM符号之间的干涉(ISI)牙齿。此外，即使FFT处理窗口位置略有偏移，OFDM信号频域的偏移也会导致信噪比损失和BER性能降低。44，OFDM信号的频谱引入了相位偏移。时域偏移误差引入相邻子载波之间的相位误差为：如果时域偏移错误是采样间隔的整数倍数，则相应的相位偏移为。其中n是FFT数据处理的长度。这种相位误差对OFDM系统性能有很大影响。时域扩散信道中时域同步错误引起的相位误差与信道频域传输函数重叠，严重影响系统的正常运行。使用差异编码和检测可以减少这些不利因素。时间区域同步错误较大，FFT处理窗口超出当前OFDM符号的数据区域

13、和保护时间区域(包括相邻的OFDM符号)时，引入代码间干扰，从而显着降低系统性能。45，FFT处理窗口位置和OFDM符号之间的相对关系OFDM符号包含保护间隔和有效数据示例，保护间隔位于前面，有效数据位于后面。当FFT延迟放置窗时，FFT集成处理包括当前符号的样例值和以下符号的样例值：另一方面，当FFT处理窗口向前放置时，FFT集成处理包括当前符号的数据部分和保护时间部分。后者不引入代码间干扰，但前者可能严重影响系统性能。46，利用512个子载波OFDM系统在白噪声信道上模拟时域同步误差对OFDM系统性能的影响。子载波系统是差分QPSK(DQPSK)。在不使用通道均衡的情况下，提前最多6个FF

14、T处理窗口对系统性能影响很小，但是，如图中的实体图标所示，延迟FFT处理窗口的放置可能会严重影响系统性能。对于小周期同步错误，添加短周期后缀可以减少ISI的影响。47，10.3.3 OFDM同步算法分类OFDM系统的时频同步处理分为捕获和跟踪两个阶段。在捕获阶段，系统使用相对复杂的同步算法处理长时间的同步信息，并获得初步的系统同步。在跟踪阶段，可以使用相对简单的同步算法修改小规模变更。OFDM同步算法分类1、OFDM数据框架和符号的粗糙同步算法2、OFDM符号的精细同步算法3、OFDM频域捕获算法4、OFDM频域跟踪算法、48、10.3.4常用OFDM同步算法中常用的OFDM同步算法主要分为1

15、、利用的两个茄子类别，如下图所示接收信号的前端信号和经过延迟，以及与后端信号的时间相关运算可以表示为OFDM符号边界的估计值。也就是说，符号同步后，相关设备的输出也可以用于频率偏移校正。相关器的输出拓扑等于徐璐之外的数据采样之间的相位偏移。因此，频率偏移估计为50，基于循环前缀的同步技术，估计精度和同步时间徐璐受到限制。要获得高预期精度，同步时间需要很长。因此，它更适合没有特定培训序列的百叶帘搜索环境或系统跟踪条件。对于组传输，同步精度要求高，同步时间尽可能短。在这些条件下，通常发送特殊的OFDM培训序列以完成同步。整个OFDM接收信号现在可以用于同步处理。51，使用训练序列的OFDM同步可以

16、在匹配滤波输出的相关最高点同时进行符号同步和频率偏移校正。上述匹配筛选器操作在接收信号执行FFT转换之前执行。因此，牙齿同步技术与DS-CDMA接收器的同步非常相似。52，10.4多载波代码分割多址技术，需要将10.4.1 OFDM与CDMA相结合CDMA系统是干扰(或信噪比)限制系统。容量主要限制在移动通道的主要干扰(多路径干扰和多连接干扰)。速度还被限制为多路径干扰引起的延迟功率频谱扩展和信息符号代码元素之间的比率，即相对多路径干扰比率。正交多载波技术OFDM是克服多路径干扰的最有效的方法，通过并行传输降低传输速度，增加信息代码元周期，大大减弱了多路径干扰的影响。增加系统容量，提高系统传输速度。这意味着您可以克服CDMA系统的两个茄子主要缺点。53，移动通信系统需要在每个小区同时支持多个用户的通信，而CDMA是使用地址