OFDM基本原理（详细全面）.ppt

正交频分复用的技术关键就是实现并保护好子载波间的正交性，接受端收到的信号x(t)与子载波相乘后通过积分器，不同频率的载波相乘积分后为零，只有相同载波积分后得到原始符号。正是由于每个子载波的正交性，我们可以是子载波的频谱重叠并靠近Nyquist 带宽，从而大大提高了频谱的利用率，所以非常适合移动场合中的高速传输。多径传输的符号干扰时个头疼的问题，OFDM为解决这样的问题在符号间加上保护间隔内，保护间隔可以不传输任何信号。这样的情况下仍然解决不了信道间干扰（ICI），子载波之间的正交性遭到破坏，接收端就不能很好的恢复出原始信号，这点是毁灭性的。OFDM的解决方法是把符号后面长度是Tg（保护间隔的长度）的部分拿到每个符号的前面当做保护间隔来传输，这种方法就叫做循环前缀。这样就使得在FFT周期内，OFDM符号的延时副本所包含的波形的周期个数是整数，从而解决了ICI。将原符号块最后信号放到原符号块的前部，构成新序列，时域中原来发送信号与信道响应的线性卷积变为圆周卷积。 映射 一个OFDM信号由一组子载波信号相加所组成，每個子載波信号包含M相位位移键信号(M-PSK)或正交振幅调变信号(QAM) 以前我们学习可以用信号的振幅、相位和频率来调制载波，但是对于OFDM我们只能用前面两个，因为子载波的频率正交，带有独立的信息，频率调制可能会破坏子载波的正交性 星座图 I-Q diagram的前身是Polar diagram 必要性：若要设计一个接收线路侦测相位微小的变化，复杂度会很高，而相差90度的两个正弦波由于互相正交而很容易被分离出來。 转变：I=Acos(ψ) Q=Asin(ψ) 调制原理 The transmitted signal is Since x(t) has limited bandwidth,it can be represented by its N samples.Then x(m) can be regarded as the IFFT of the sequence Si(k),i=0,1,```,N-1. x(t)=Re{∑si(k)exp[j2π(fc+k/T)t]} 注:取实部的原因是因为载波形式是cos(j2πfit),如果指数形式则可以直接去掉就像上面说的对x(t)过采样之后t=mT/N,fc=0 x(m)=∑si(k)exp(j2πkm/N) 解调原理 Ts是采样间隔，v是整数，[τmax/Ts]=v,其中τmax是延时 频偏Δf对系统的影响 OFDM系统中对同步的要求很高，对于要求子载波保持严格同步的正交频分复用系统来说，载波的频分偏移所带来的影响会更加严重，因此对频率偏差敏感是OFDM系统的主要缺点之一 载波同步是指接收端的振荡频率要与发送载波同频同相 如果频率偏差是子载波间隔的n(n是整数)倍，虽然子载波之间仍然能够保持正交，但是频率采样值偏移了n个子载波的位置，造成映射在OFDM频谱内的数据符号的误码率是0.5 如果载波偏差不是载波间隔的整数倍，则在子载波之间就会存在能量的“泄露”，导致子载波之间的正交性遭到破坏，从而在子载波之间引入干扰，使得系统的误码率性能恶化 有限个子载波的情况 bk,i=1/N ak,i表示第i个符号周期的第l个子载波上的原始符号，bk,i表示ak,i经过IFFT输出 yk,i=exp(jθo)bk,iexp(j2πΔfTk/N) 表示接受端FFT之前的输入，其中θo表示接受端振荡器的相位与射频载波相位的差 zm,i=1/Nexp(jθo) 带入上面值以后 把后面的部分用Cl-m代替，定义为对应N个输入数据符号对输出数据符号所作出的贡献，而这种贡献往往取决于频率归一化偏差ΔfT和子载波距离 相关方法分析ICI fl 是发射前IFFT乘以的子载波频率 fm 是接受以后FFT乘以的子载波频率,Δf是它们的差 同样我们用一个系数来定义ICI,Il-m 总结：其实两种方法的结果是可以统一的，有限个子载波的贡献系数Cl-m 取极限就可以得到Il-m 频偏引起的信噪比损耗和干扰自消除 理论上损失时随着ΔfT的增加而逐渐变大的，但是我还没有仿真。这后意味着如果只采用提高发送功率的方法，并不能真正改善OFDM系统的性能，系统接收机内进行之前所能得到的信噪比并不会有太大的改善，这就是我们所说对系统性能带来的非常严重的地板效应。 Zhao和Hag