lte物理层培训--ofdm基本原理
39页1、OFDM基本原理培训 主要内容 OFDM概述 OFDM基本原理 OFDM技术的优点 OFDM技术的缺点 OFDM关键技术 OFDM的变形技术:DFT-S-OFDM OFDMA OFDM技术的引入 通信系统中的数据传输速率越来越高 数据传输速率提高后将直接导致每个码元的传输周期缩短 在无线通信系统中,存在多径效应,这样当码元传输周期缩短 时,码间干扰会更加严重,从而导致检测性能下降 如果将并行传输技术引入通信系统中,则可以同时传输多个码 元,这样在总数据传输速率相同时,每个码元的传输周期可以 大大增长 OFDM技术恰恰可以利用正交子载波组来实现并行传输,从而 增强系统对码间干扰的鲁棒性 OFDM技术的发展 OFDM技术的应用已有近40年的历史,最初主要用于军用无线 通信系统 20世纪的五六十年代,美国军方创建了世界上第一个多载波调 制系统 二十世纪七十年代,采用大规模子载波和频率重叠技术的 OFDM系统出现 二十世纪九十年代,随着数字信号处理技术的发展,OFDM系 统在发射端和接收端分别采用IFFT和FFT来实现,从而导致系 统实现复杂度大大降低,使得该技术开始广泛应用 OFDM概述 O
2、FDM基本原理 OFDM技术的优点 OFDM技术的缺点 OFDM关键技术 OFDM的变形技术:DFT-S-OFDM OFDMA OFDM技术的模拟基带实现 主要思想: 将数据进行串并转换,得到N路并行的数据流,并将它们调制 到相互正交的子载波上,各个子载波的频谱相互交叠 发送信号表达式: 在接收端对其进行相关解调时,下面的式子可以保证子载波之 间的正交性: OFDM技术的数字基带实现 对发射信号以Ts/N进行采样,得到 将发射信号改写成实数调制到复载波上的形式: OFDM技术的数字基带实现示意图 下图描述了OFDM系统在发射端用IFFT来实现多载波叠加的过 程 由前面的公式可以得出,对发射序列进行IFFT之后所得到的, 恰好是模拟基带实现时多载波叠加后数据的采样序列,对其进 行D/A转换,即可得到模拟基带实现时的发射信号 S P/SIDFTD/A OFDM系统中子载波之间的正交性 OFDM系统的发射信号中,各个载波之间是完全正交的 OFDM系统的子载波间隔为OFDM符号周期的倒数,每个子载 波的频谱均为SINC函数,该函数以子载波间隔为周期周期性 地出现零值,这样恰好在其他子载波的峰值
3、位置处贡献为零 时域信号波形和频谱 时域信号:多个载波信号的时域叠加 频谱:相等频谱间隔且相互有重叠 OFDM系统实现框图 下图给出了OFDM系统的实现框图,该图仅仅是为了凸现 OFDM系统如何将数据进行并行传输而画的 P/SIFFTS/Ps(t) Add Cyclic Prefix Tx. filter: GT(w) Channel: H(w) n(t) S/PFFTP/Sr(t) Remove Cyclic Prefix Rx. filter: GT(w) Transmitter Receiver Channel OFDM概述 OFDM基本原理 OFDM技术的优点 OFDM技术的缺点 OFDM关键技术 OFDM的变形技术:DFT-S-OFDM OFDMA OFDM技术的优点 频谱利用率高 抗多径干扰 抗频率选择性衰落 信道估计与均衡实现简单 OFDM系统的频谱利用率高 下图给出了单载波和正交多载波系统的频谱示意图,由于OFDM系统 中只预留少部分保护子载波,不象传统的多载波系统那样需要较大的 保护频带,因而频谱利用率有一定程度的提高 OFDM系统中各个子载波之间是彼此重叠、相互正交
4、的,从而极大提 高了频谱利用率 OFDM系统能有效抵抗多径干扰 在传输速率一定的前提下,通过并行传输使每个码元的传输周 期延长为原来的N倍,这样每个码元在传输过程中受多径干扰 影响的部分大大减小 如果每个码元的传输周期为无穷大,则完全可以忽略信号在传 输过程中所受到的多径干扰 如果在每个OFDM符号前面或后面插入一个保护间隔,则可以 进一步降低多径延迟所引起的符号间干扰,当保护间隔的长度 大于最大多径时延时,可以完全避免符号间干扰 GI和CP的区别 每个OFDM符号前所加的保护间隔可以有两种不同的形式:一 种是不发射信号的Guard Interval;另一种是将OFDM符号周期 内的后面一部分拷贝到前面去,形成循环前缀Cyclic Prefix 如果采用GI,可以节省发射功率,但由于在有效的OFDM符号 周期内,延迟后的信号路径只取到了一部分,从而使得其频谱 不再满足以子载波为间隔周期性出现零点的特征,所以会引入 ICI 如果采用CP,而且CP的长度大于最大多径时延,则在有效的 OFDM符号周期内,每一径的信号都是完整的,从而保证了子 载波之间的正交性 CP抗多径示意图 OFDM系统能
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