OFDM 综述(部分).docVIP

1.1 正交频分复用系统发展历程 OFDM是多载波调制技术的一种， 通常将子载波重叠且正交的多载波调制系统叫OFDM（在宽泛的定义中，将子载波重叠但没有信道间干扰也叫OFDM）。OFDM是由多载波调制技术(Multi-Carrier Modulation)演进而来的，多载波调制技术是将数据放到分割开的多个子载波上并行传送，其主要优点是易于对多个子载波分别进行均衡，可消除通道间干扰，克服选择性衰落。在传统的多载波调制系统中，整个频带被切割成多个不重叠的子载波，频谱效率很低，将多个子载波尽量重叠可节省宝贵的频宽，但为了降低通道间干扰(ICI)，OFDM还必须让各子载波保持正交。由于离散傅里叶变换（DFT）和其逆变换（IDFT）方法解决多个互相正交的子载波产生和从子载波中恢复原信号的问题应用快速傅里叶变换使多载波传输系统的复杂度大大降低从此OFDM技术开始。在以后，实际应用中，实时傅立叶变换设备的复杂度、发射机和接收机振荡器的稳定性以及射频功率放大器的线性要求等因素部成为OFDM技术实现的制约条件。近些年来，集成数字电路和数字信号处理器件的迅猛发展， OFDM技术。2005年12月选定了LTE的基本传输技术，即下行OFDM，上行SC(单载波FDMA。single-carrier)中应用了频域均衡后能达到和OFDM相当的性能，却避免了OFDM的上述缺点。这种SC-FDE和OFDM的比较如图3所示，其关键在于在接收端的FFT-IFFT之间使用了频域均衡。而且将发端的IFFT移到接收端，不排除OFDM与单载波调制之间切换的可能(只是假想)。可见单载波和OFDM两者在频域处理上思路相近，并非截然对立。 1.3 OFDM的优缺点 OFDM的优点概括起来有以下几点： 1) 调制灵活，频谱使用效率高。在OFDM系统中，每条链路都可以独立调制，因而该系统不论在上行还是在下行链路上都可以容易地同时容纳多种混合调制方式。这种“自适应调制”的概念增加了系统的灵活性，在信道好的条件下终端可以采用较高阶的(如64QAM)调制以获得最大频谱效率，而在信道条件变差时可以选择低阶调制(如QPSK调制)来确保信噪比。这样，系统就可以在频谱利用率和误码率之间取得最佳平衡。 2) 抗多径干扰能力。它是将待发送的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。同时它使用循环前缀（CP）作为保护间隔，大大减少甚至消除了码间干扰，并且保证了各信道间的正交性，从而大大减少了信道间干扰。 3) 易于实现均衡。当子载波数目够大时，可认为每个子载波呈现平坦衰减，因此均衡简单。（注意：均衡的实质是补偿多径信道特性，OFDM系统在一般的衰落环境下，使用均衡不是改善系统性能的有效方法）。 虽然OFDM有上述优点，但存在着一些劣势： 对相位噪声和载波频偏十分敏感这是OFDM技术一个非常致命的缺点，整个OFDM系统对各个子载波之间的正交性要求格外严格，任何一点小的载波频偏都会破坏子载波之间的正交性，引起ICI，同样，相位噪声也会导致码元星座点的旋转、扩散，从而形成ICI。而单载波系统就没有这个问题，相位噪声和载波频偏仅仅是降低了接收到的信噪比SNR，而不会引起互相之间的干扰。 2)峰均比过大OFDM信号由多个子载波信号组成，这些子载波信号由不同的调制符号独立调制。同传统的恒包络的调制方法相比，OFDM调制存在一个很高的峰值因子。因为OFDM信号是很多个小信号的总和，这些小信号的相位是由要传输的数据序列决定的。对某些数据，这些小信号可能同相，而在幅度上叠加在一起从而产生很大的瞬时峰值幅度。峰均比过大，将会增加A/D和D/A的复杂性，而且会降低射频功率放大器的效率。同时，在发射端，放大器的最大输出功率就限制了信号的峰值，这会在OFDM频段内和相邻频段之间产生干扰。 3)所需线性范围宽 由于OFDM系统峰值平均功率比(PAPR)大，对非线性放大更为敏感，故OFDM调制系统比单载波系统对放大器的线性范围要求更高。电池的系统 由于载波的频率偏移会破坏子载波间的正交性，微小偏移就会导致严重的信道间干扰(ICI)，因此OFDM同步中的首要问题就是精确同步载波频率。一般把载波同步分为两阶段：捕获模式和跟踪模式。捕获模式比较粗略，适用于在频率偏差较大的情况尽快缩小搜寻范围；跟踪模式较精确，在捕获模式之后要求得到较好性能。一般估计频率与实际频率的偏差达到子载波间隔的一半后切换转入跟踪模式，跟踪算法的性能决定了载波同步的性能。 取样同步问题一般不大。如果在采样定时中存在偏差，则会有两方面的影响：第一，产生时变的定时偏差，导致接收机必需跟踪时变的相位变化；第二，样值频率偏差意味着FFT周期的偏差，因此经过抽样的子载波间不再保持正交性，产生ICI。 符号同步问题实际是在时域找出OFDM数据块的