0第4-2章OFDM调制关键技术

第4章OFDM调制关键技术第1章：概述第2章:无线通信信道特点及特性第3章：多载波调制原理-OFDM调制第4章：OFDM调制关键技术第5章：OFDM接收机关键技术第六章：多天线技术一：保护间隔采用OFDM技术后，将若干个连续的数据组成一个整体变换到频域进行均衡，复杂度大大降低。在多径时延扩展的无线信道中，OFDM符号的时延扩展可能对相邻的OFDM符号造成干扰，称为符号间干扰（Inter-SymbolInterference,ISI）多普勒效应引起的载波间的干扰（Inter-CarrierInterference,ICI）避免的办法有三：1：零符号填充ZeroPadding,ZP具体做法：在OFDM符号间插入若干个全0符号。要求：零符号的长度要大于多径时延时间。结果：那么前一个OFDM符号就不会干扰到后一个OFDM符号，从而起到保护作用。缺点：零的加入降低了信号的传输效率，0除了保护无任何别的作用。2：循环前缀填充CyclicPrefixCP提出者：Peled和Ruiz在1980年提出做法：将OFDM符号的最后一部分复制到符号之前，用作填充保护间隔。CP的最大好处是：保护间隔中CP的时延扩展直接叠加在数据块上，自动构成OFDM符号与信道响应的循环卷积，无需循环重构的过程。同时：CP-OFDM的循环重构可以用于粗定时同步，这称为Cp-OFDM基本技术之一。缺点：降低了信号传效率。3：训练序列填充由来：填“0”及CP降低了系统的传输效率，为了避免这一短处：有人提出：使用一个训练序列填从保护间隔。训练序列填充的优点：训练序列作为保护；训练序列同时可作为同步及信道估计；因此就不需要在数据中再插入额外的训练信息，大大提高了系统的传输效率。接收机的同步与信道估计都可以基于训练序列独立完成，与帧体数据无关，便于系统模块化设计。由于在时域进行同步，因此被称为时域同步正交频分复用Time-DomainSynchronousOFDMTDS-OFDM付出的代价：数据块与训练序列间存在相互干扰前一个数据块会干扰本帧的训练序列，本帧的训练序列会干扰本帧的数据块。导频设计导频---（Pilot）是一种辅助数据，也叫作参考信号.（ReferenceSignal,RS）OFDM系统中在发送端：通过在特定的子载波上插入一些已知数据，在接收端：根据这些已知的数据，进行时间和频率同步、信道测量与估计、相位噪声追踪等。目的：提高信道估计的精度，提升信号解调性能。常见的导频图案块状导频BlockPilot指周期性地在某个OFDM符号的频域占满所有可用子载波的导频信号。作用：用来估计整个带宽上信道特性。梳妆导频CombPilot梳妆导频在时域上是连续的，而在频域上是间隔插入的。作用：进行信道特性估计，但只能得到部分子载波上的信道相应，需要在频域进行插值才能获得整个带宽的信道特性。离散导频ScatteredPilot是在时频二维空间，根据一定的规律零散插入的导频信号。在接收端进行估计时：使用二维插值。从而可以得到整个空间的信道特性。频谱成形信号经过射频发送的频段通常是严格规定的，即使是在公共频段，也必须遵循一定的规则发送信号。为了保证本频段的信号不至于影响到相邻频段上的信号，对发送信号的频谱有严格的要求，因此，信号在发送前首先要进行频谱成形。单载波信号频谱成形单载波信号频谱成形通常使用时域滤波器进行频谱成形，将待发的的信号经过具有一定频谱特性的滤波器，将频带外的信号滤除，在接收端再进行恢复，实现信号的无失真传输。OFDM信号频谱成形在OFDM系统中，由于频域每个子载波相互独立，且子载波数目可以调整。若果将频带边缘的少量子载波置零，则可以显著降低OFDM信号的带外功率，达到频谱成形的效果，这项技术叫：虚拟子载波。下面是：采用虚拟子载波技术后OFDM信号模拟的频谱特性虚拟子载波频谱成形频域波形虚拟子载波频谱成形频域波形不同子载波总数下OFDM频谱特性由此可以看出：子载波数越多，频带边缘衰减越快，带外干扰就越小！时域加窗OFDM符号加入循环前缀后，循环前缀前后的采样值可能会发生相位突变，这种突变会引起频域高频分量，在接收端容易引起信号失真。为了缓解前后两个符号相邻采样值之间的相位突变问题，可以在时域采用窗函数进行成型，称为时域加窗。窗函数有:凯萨窗函数，余弦滚降滤波器等：峰均比抑制技术OFDM传输的一个主要缺点是：发射信号的：功率峰均比较高造成峰均比高的原因是：由于OFDM调制将若干个子载波信号在时域进行叠加，若果子载波上的符号相位相同，就会造成非常高的时域功率峰均比。因此需要采取措施降低功率峰均比。功率峰均比高的危害：发射功率高，意味着发射机工作电流大，就会工作在非线性区，引起附加频率，会使信号失真，为了保证信号的频率不发生泄漏，就必须保证发射机工作在线性区。由于手持终端的电池容量有限，对功耗要求较严格，同时昂贵的高质量线性放大器也不利于降低终端成本，此外，发送信号的峰值功率受到管制或者应用的限制，OFDM传输系统只能降低平均功率，从而也限制了信号覆盖范围。几种经典的降峰均比技术：时域削峰法：压扩变换法：子载波预留法：动态星座扩展法：扰码和交织：选择映射法：部分传输序列法：编码法：矩阵变换法：扰码和交织降低功率峰均比原理扰码：Scrambling扰码就是作有规律的随机化处理后的信码。意义1、减少连“0”或连“1”长度，保证接收机能提取到位定时信号。2、使加扰后的信号频谱更能适合基带传输。3、保密通信需要。目的扰码的目的是抑制线路码中的长连“0”和长连“1”，便于从线路信号中提取时钟信号。实际操作时，一般将信源产生的二进制数字信息与一个周期很长的伪随机序列模2相加，就可以将原信息变成不可理解的另一序列。在接收端再加上（模2加）同样的伪随机序列，就可恢复为原来发送的信息。交织：交织是通信系统中进行数据处理而采用的一种技术。交织器从其本质上来说就是一种实现最大限度的改变信息结构而不改变信息内容的器件。在陆地移动通信这种变参信道上，比特差错经常是成串发生的。这是由于持续较长的深衰落谷点会影响到相继一串的比特。然而，信道编码仅在检测和校正单个差错和不太长的差错串时才有效。为了解决这一问题，希望能找到把一条消息中的相继比特分散开的方法，即一条消息中的相继比特以非相继方式被发送。这样，在传输过程中即使发生了成串差错，恢复成一条相继比特串的消息时，差错也就变成单个(或长度很短)，这时再用信道编码纠错功能纠正差错，恢复原消息。这种方法就是交织技术。频域扰码降低OFDM峰均比发射前接收后中心思想是：若果能降低频域待发信号的相关性，就能降低OFDM信号的峰均比。通过扰码可以将频域符号的相位随机化，从而降低信号的相关性，进而降低峰均比。交织也是一种降低相邻数据相关性的一种有效方法。交织可以对数据进行重新排列，可以降低数据的相关性。交织器既可以对未进行星座映射的比特数据块交织，也可以对星座映射后的符号数据块交织，他们都可改善峰均比特性。OFDM多址接入技术OFDM本质是一种调制技术。OFDM需要与多址技术结合才能支持多用户传输。OFDM可以与FDMA、TDMA、CDMA等多址接入方式结合，构成灵活的多址接入方式。OFDM与FDMA结合构成的多址方式叫做：OFDMAOFDMA的优点是：抗小区干扰能力强；灵活适应带宽需求；频谱利用率高。OFDM-FDMAOFDM-FDMA又称为：OFDMAOrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess正交频分多址接入技术----即将OFDM系统的不同子载波分配给不同用户，实现多址传输。实现多址接入的理由：由于OFDM调制中，子载波之间相互独立，因此多个用户可以同时进行数据传输，并且每个子载波上的数据都可以采用不同的编码和调制方式，选择不同的发射功率。通过给不同的用户分配不同的子信道，自然形成频分多址方式。FDMA与OFDMA的区别：与普通的FDMA不同，OFDMA系统中，各个子载波是相互独立重叠的，不同用户之间不需要使用保护频带，系统的频率分配方式灵活。由于不同用户占用不同的子载波，子载波的正交性可以避免子载波见干扰（ICI）及用户间干扰，不像CDMA系统中只能通过正交码字区分不同用户。OFDMA支持两种子载波分配模式：集中式(Localized)分布式(Distributed)集中式集中式分配子载波是：为每个用户分配一组相邻的子载波。集中式的好处是：系统实现简单。缺点是：当用户所处的频带发生衰落时，可能造成所有数据无法解调。分布式分布式分配方式中，用户所用的子载波分散在整个系统的带宽内，即使信道发生选择性衰落，仅有少量子载波的数据丢失，可以通过编码纠错回复。OFDMA的特点：子载波分配机制分配非常灵活；可根据用户业务量的大小动态分配子载波；不同子载波上可以采用不同的调制方式及发射功率。频谱利用率高。频率选择性调度的原理如下：用户1和用户2均可以在各自信道条件较好的子载波资源上传输数据，以获得最佳的传输效率。OFDM-TDMAOFDM-TDMA在一个时隙内将所有子载波分配给一个用户，用户按照自己需求占用一个或多个OFDM符号，每个用户在信息传送期间占用所有的系统带宽。不同用户占据不同的时隙。OFDM-CDMA