[培训-无线通信基础-10]:正交频分复用(OFDM、符号间多径干扰)

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目录

前言:

第1章 OFDM的系统模型

1.1 符号间干扰概述

1.2 OFDM的理论系统模型与实际实现模型

第2章 OFDM的数字实现

第3章 OFDM是如何对抗多径效应的

第4章 OFDM的基本参数设计

第5章 OFDM的无线资源管理: 正交频分多址

第6章 OFDM的应用


前言:

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第1章 OFDM的系统模型

1.1 符号间干扰概述

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同一个发送信号,不同传输路径,到达接收机的时间不同。而发送端是连续发送符号的,这就导致相邻符号之间由于多径存在干扰。

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OFDM技术也是一种能够解决相邻符号之间干扰的技术之一。

1.2 OFDM的理论系统模型与实际实现模型

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备注:

子载波的幅度是通过在其周期内的积分求得的(傅里叶变换),且基波分量的周期是最大的。

子载波之间的正交性,表明在某一子载波的整个周期的积分(求子载波幅度)区间,其他子载波的积分为0,表明其他相邻的子载波对某一子载波的积分没有影响。

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 备注:

  • 每个子载波符号的持续时间扩展成原先串行数据持续时间的N倍,这就意味着OFDM符号抗多径的能力提升了N倍。
  • 二进制比特的速率越高,发送二进制调制符号的时间越小,二进制比特的脉冲效果越明显,所需要的频谱就越宽,抗多径的能力越弱。如下图所示:

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 备注:

 OFDM信号的幅度,有点类似于城市中马路上的人流量,上下高峰期的时候,人流量非常大,时平均人流量的N倍,而大部分时间,人流量接*均人流量。

而马路就类似通信中的功率放大器,马路如果按照最大人流量设计,就导致马路大部分时间是空闲的,利用率不高,如果按照平均人流量设计,就导致高峰期时,导致拥挤、变形。

第2章 OFDM的数字实现

[培训-无线通信基础-10]:正交频分复用(OFDM、符号间多径干扰)上图是每个子载波单独进行上变频调制,在LTE中,载波信号的频率为n*15K, n=1,2, 3, 4; 然后在进行叠加。 

这种方法的优点是:直观。

这种方法的缺点是:需要n个上变频器,硬件成本较大。

在实际的4G LTE和5G NR的实现中,采用了上述图形的等效变换的功能框图:先进行叠加,后进行上变频,而实现这个等效变换的关键就是傅里叶逆变换,这就是傅里叶逆变换与OFDM的关系!

实现OFDM的技术手段有多种,其中傅里叶变换是一种目前最有效的手段!!!

上述的等效变换是把4G LTE基站的实际实现与理论的调制解调、OFDM等技术理论进行关联起来的核心与关键!!!否则的话,我们很难把实际系统的功能实现与技术理论直接对应起来。

如下图所示:

[培训-无线通信基础-10]:正交频分复用(OFDM、符号间多径干扰) 备注:

(1)等效后的基本过程:

  • 先串并转换、
  • 然后傅里叶逆变化,
  • 然后再进行并串转换,
  • 最后再进行上变频。

(2)能实现上述等效变化的前提条件是:

  • 各个子载波时间是正交关系
  • 傅里叶频域到时域的数学分析工具

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第3章 OFDM是如何对抗多径效应的

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备注:

  • GI使得单个符号的发送时间增长,则数据发送的速率降低。
  • 在OFDM系统中,由于Ts较大,增加的GI长度占整个Ts的比例较小,因此效率损失较小
  • 在单载波的系统中,Ts较小,如果增加GI, 则GI占用整个Ts的比例较大,效率损失就较大,这就为什么在单载波系统中,没有增加GI的原因。

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备注:

  • 上述OFDM时域信号的不完整性,OFDM的时域信号遭到了一定程度的破坏,这就导致子载波间的干扰,这是因为,OFDM任意时刻时域信号,实际上是无数个子载波频域信号的叠加。任意时刻的时域信号幅度的变化,导致内生的频域信号子载波幅度的变形,有可能导致OFDM内在的子载波正交性遭到破坏。

 为了解决上述问题,引入了循环前缀CP的概念。

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第4章 OFDM的基本参数设计

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备注:

N越大,子载波越多,传输效率越高,但抗频偏的能力越弱,抗多普勒频移的能力越弱。

N越小,子载波越少,传输效率越低,但抗频偏的能力越强,抗多普勒频移的能力越强。

第5章 OFDM的无线资源管理: 正交频分多址

频分多址:不同用户使用不同的子频率或子载波传输业务数据(而不是公共信道数据)。

正交频分多址: 多个用户共享分时、分频共享相同的无线资源。

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 备注:

  • OFDM不仅仅根据不同用户对子载波数量的需求来分配子载波的个数。
  • OFDM还可以根据不同用户频率选择性信道特性,分配特定频率的子载波。

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第6章 OFDM的应用

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视频:https://www.icourse163.org/course/NJTU-1207227804

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