1、西安电子科技大学西安电子科技大学第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制OFDM的优缺点的优缺点OFDM基本原理基本原理OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理OFDM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制OFDM的优缺点的优缺点OFDM基本原理基本原理OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理OF
2、DM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制 随着移动互联网业务和宽带业务的兴起与发展，用户对移动通信网络的接入速率和质量要求越来越高，原有基于码分多址的第三代移动通信及其增强技术将无法满足未来业务发展的需要。为了获取更高的系统性能，后向兼容性被放在了次要的位置，LTE不再采用基于CDMA的无线传输技术，转而采用能够支持更高数据速率和频谱效率的OFDM/OFDMA(正交频分复用/多址)。西安电子科技大学西安电子科技大
3、学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制 通常我们采用的通信系统是单载波方案。对于宽带业务来说，由于数据传输速率较高，时延扩展造成数据符号之间的相互交叠，从而产生了符号之间的串扰(ISI)。当信号的带宽超过和接近信道的相干带宽时，信道的时间弥散将会造成频率选择性衰落。单载波传输系统西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制 多载波传输通过把数据流分解为若干个子比特流，构成多个低速率符号并行发送的传输系统。多载波通信系统基本结构西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制 多载波传输技术有多种提法，最常见的有正交频分复用(O
4、FDM)、离散多音调制(DMT)和多载波调制(MCM)。这三种提法在一定程度上是等同的，但是OFDM中各个子载波保持相互正交，在MCM中这一条件并不总是成立的。西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制三种不同的子载波设置方案:第一种是传统的频分复用，将整个频带划分成N个不重叠的子带；第二种采用偏置QAM(SQAM)技术，在3dB处载波频谱重叠，其复合谱是平坦的；第三种方案即OFDM，各子载波有1/2的重叠，保证相互正交。(a)传统频分复用(b)3dB频分复用 (c)OFDM 子载波频率设置方案西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与
5、多载波调制OFDM的优缺点的优缺点OFDM基本原理基本原理OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理OFDM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM的优缺点的优缺点OFDM系统存在如下的优点：将高速数据流进行串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而可以有效地减小无线信道的时间弥散所带来的符号间干扰(ISI)，这样就减小了接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以不采用均衡器，仅通过采用插入循环前缀的方法消除ISI的不
6、利影响。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM的优缺点的优缺点传统的频分复用方法优点是简单、直接，缺点是频谱利用率低，而且多个滤波器的实现也有不少困难。而OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，因此OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源。传统频分复用与OFDM的信道分配西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM的优缺点的优缺点各个子载波上信号的正交调制和解调在形式上等同于IDFT和DFT，因此，在实际应用中，可以采用IFFT和FFT来快速实现，利用IFFT和FFT实现OFDM调制解调西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM的优缺点的优缺点OFDM易于和现有的空时编码
7、等技术相结合，实现高性能的多输入多输出通信系统。无线数据业务一般存在非对称性，即下行链路中的数据传输量要大于上行链路中的数据传输量。OFDM易于和其它多种接入方法结合使用，构成正交频分多址接入(OFDMA)系统，使得多个用户可以同时利用OFDM技术进行不同的信息传输。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM的优缺点的优缺点 OFDM技术在实际应用中也存在缺陷，主要体现在如下两个方面：OFDM易受频率偏差的影响。OFDM存在较高的峰值平均功率比(PAPR，也称峰均功率比)。西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制OFDM的优缺点的优缺点OFDM基本原理基本原理
8、OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理OFDM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM基本原理基本原理 正交频分复用(OFDM)是一种多载波调制方式，其基本思想是把高速率的信源信息流通过串并变换，变换成低速率的N路并行数据流，然后用N个相互正交的载波进行调制，将N路调制后的信号相加即得发射信号。OFDM调制原理框图西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM基本原理基本原理 设基带调制信号的带宽为B，码元调制速率为R，码元周期
9、为 ，且信道的最大迟延扩展 ，OFDM的基本原理是将原信号分割为N个子信号，分割后码元速率为R/N，周期为 ，然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载波。stmst ssTNt西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM基本原理基本原理 OFDM解调原理框图 在发射端，数据经过调制(例如QAM调制)形成的基带信号。然后经过串并变换成为N个子信号，再去调制相互正交的N个子载波，最后相加形成OFDM发射信号。西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制OFDM的优缺点的优缺点OFDM基本原理基本原理OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理O
10、FDM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM的的IFFT实现实现10()()exp(2)0,MnnD td njf ttT,OFDM调制信号的数学表达形式为：(2.1)snTnff/0各子载波的频率为 (2.2)当不考虑保护间隔时，则由(2.1)、(2.2)可得：=(2.3)1020)2exp()()(MntfjsentMtjndtDtfjetX02)(西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM的的IFFT实现实现对X(t)进行抽样，其抽样速率为1/，
11、即 ，则有：(2.5)Stskktt102()()exp(),0(1)MknX td njnkkMM OFDM系统框图在实际中可用IFFT来实现，相应的接收端解调则可用FFT来完成。西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制OFDM的优缺点的优缺点OFDM基本原理基本原理OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理OFDM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理
12、由多径传播造成的两个主要影响是多径衰落和信道响应的频率选择性，即频率选择性衰落。下面分析OFDM技术将频率选择性衰落信道转化成平坦衰落信道的基本原理。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理 nX nX)(nMX)1(nMX)1(MnMXTst参照图2.8，设X(u)表示符号周期为 的输入系列，串/并变换器将M个连续的数据符号变成数据向量，即 =.。数据符号向量 可以表示成：=X(n，0)X(n，1)X(n，M-1)，由于数据符号向量 是通过M点IFFT变换调制成OFDM符号 ，即 =nX nX nxT nx)1,(nx)1,(nx)1,(Mnx西安电子科技大学
13、西安电子科技大学OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理 为了避免OFDM符号间的干扰，IDFT输出的长为G的循环扩展被加到 上作为保护间隔，一般指的是循环前缀，带有循环前缀的向量可以表示为 ，向量 扩展的分组周期为(M+G)，通过频率选择性信道传输。nx gnxst,1,0,1Tgnx nM Gx nMx nx nMx西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理T设多径信道数为L，保护间隔的长度应满足 ，假设在整个扩展的分组间隔内信道状态信息保持不变，接收的信号向量 只是 和 的线性卷积，即 ,这里*表示线性卷积，=h(nM，0)h(nM，1)h(nM，L-1)。
14、LG nr gnx nh nh)()()(nhnxnrg在接收端，首先从接收到的信号向量中去掉保护间隔，形成向量 =r(n，G)r(n，G+1)r(n，M+G+1)。很明显，是由 的循环扩展构成，则向量 是 和 的循环卷积。解调器对 进行DFT变换，以获得解调向量 :ny nx nh nY ,0,1,1nY nY nY nMYT gnx nx ny ny西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理 是以信道冲击响应 的傅立叶变换为对角元素的对角矩阵，是信道噪声的DFT。由于 是对角的，则子信道可以完全分离，第k个对角元素 可被看成是由下式给出的第k个子载波的复信道增
15、益：(2.9)()nH()nh()nZ()nH)(,nHkk)(,nHkk),(kn,)2exp()(110LlMlkjlhM10Mk()()()()nnnnY=HX+ZDFT的一个重要性质就是时域的循环卷积导致频域的相乘，则解调的信号向量为：(2.8)西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理解调符号用复信道增益可表示为：，(2.10)除了噪声分量以外，解调符号是复信道增益 与相应符号X(n，k)的乘积，这样带有循环前缀的OFDM将频率选择性衰落信道转化成M个平坦衰落的子信道。,Y n kn k X n kZ n k01k M),(kn西安电子科技大学西安电子科
16、技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制OFDM的优缺点的优缺点OFDM基本原理基本原理OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理OFDM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术 在无线通信系统中，信道是影响通信质量的最根本的要素。无线通信系统各要素中，信道从本质上影响通信的可靠性和有效性。为了获取实时准确的信道状态信息，使得系统能够获得相干检测的性能增益等性能提升和实现相关技
17、术，准确高效的信道估计器被作为现代OFDM系统不可缺少的组成部分。OFDM信道估计方法可以分为两大类：基于导频的信道估计方法和信道盲估计方法。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于导频的信道估计方法 基于导频的信道估计方法就是在发送端发出的信号序列中某些固定位置插入一些己知的符号和序列，然后在接收端利用这些已知的导频符号和导频序列按照某种算法对信道进行估计。图2.9基于导频方法的信道估计系统组成框图西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于
18、导频的信道估计方法假定子载波个数为N，表示第m个子载波上发送数据经过IFFT，产生对应的第m个OFDM信号的输出序列 。(2.11)()mXk()mxn1012()()()exp(),0,1,1Nmmmkknx nIFFT X kX kjnNNN经IFFT变换后的数据为避免多径带来的符号间干扰(ISI)，在每个OFDM符号前添加长度为Ng循环前缀(CP)。添加循环前缀后，时域发送信号可以表示为：(2.12),(),1()(),0,1,1mgm gmx N nnNxnx nnN西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于导
19、频的信道估计方法多径信道可建模成为FIR滤波器，即其信道的冲激响应可以表示为：(2.13)10(,)()(),0,1,1Llllhta tnnN在t时刻，信道冲激响应的频率响应CFR可写成：(2.14)2(,)(,)jfH t fh ted 信道频率响应的离散形式可写成：(2.15)12/0(,)(,)Lkl NlH m kh m l e西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于导频的信道估计方法则接收端接收到的信号和信道的线性卷积输出时域信号可以表示为：，(2.16),1,0()()(,)()(,)()()m gm
20、gmmLmm gmlynxnhn lvnhn l xnlvn0,1,1nN对应于去掉循环前缀后接收到信号的频域形式可以表示为：(2.17)101()()()exp(2/),0,1,1NmmmnY kFFT y ny njkn NkNN若CP的长度 远大于无线多径信道最大多径时延长度，则不存在ISI，有：(2.18)gN()()()mmmmY kX kHV k西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于导频的信道估计方法 在OFDM系统中，块状导频分布的原理是将连续多个OFDM符号分成组，将每组中的第一个OFDM符号发送导
21、频数据，其余的OFDM符号传输数据信息。块状导频结构如图2.10所示。图2.10块状导频结构西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于导频的信道估计方法 梳状导频结构与块状导频结构不同，它是指每隔一定的频率插入一个导频信号，要求导频间隔远小于信道的相干带宽。这种导频结构对信道频率选择性敏感，但是有利于克服信道时变衰落中快衰落的影响。图2.11梳状导频结构图2.12离散分布的导频结构西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于导频的信道估计方法常用
22、的信道估计方法包括频域最小二乘(LS)算法和最小均方误差(MMSE)算法等。1.频域最小二乘算法11,()TTPPLSPPPPPPPpNHX XX YX YHX,(0)(1)(1)(0)(1)(1)(0)(1)(1)TP LSP LSP LSP LSpTpppPpppPHHHNYYY NXXX NH西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于导频的信道估计方法1.频域最小二乘算法 基于LS准则的信道估计方法没有使用任何信道先验信息，算法结构简单，仅在各导频子载波上进行一次除法运算，计算量小，非常适用于实际系统。但是，因
23、LS估计中并未利用信道频域与时域的相关特性，所以在估计时忽略了噪声的影响，所以信道估值对噪声比较敏感。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.1 基于导频的信道估计方法基于导频的信道估计方法2.最小均方误差算法MMSE估计可表示如下：(2.28)211,2111211,()()()rrrrrrrrrrrrrrrTTTP MMSEH HrPH HPNPPPTH HH HNPPPPTH HH HNPPP LSHRXX RXX XYRRX XXYRRX XHMMSE估计算法需要矩阵求逆，当OFDM系统子信道数目N增大时，矩阵求逆的运算量会变得十分巨大。
24、在MMSE信道估计算法中，信道统计特性估计的准确程度对该算法的性能影响较大。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法 信道盲估计算法大体上可以分为统计性方法和确定性方法。如果发射信号的统计特性并非已知的，或者说信源虽然是随机信号，但是它的统计特性在信道估计过程中并没有起作用，那么与之对应的信道估计方法就认为是确定性方法。如果发射信号服从特定的统计特性随机分布，并且在信道估计过程中使用了信号的统计特性，那么该估计方法就是统计性方法。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6
25、.2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道盲估计方法 确定性方法大多利用了发送信号的固有特征或通信系统结构本身所具有的特性。具有代表性的确定性信道盲估计算法有基于有限字符集法、互相关法和最小二乘滤波法等。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道盲估计方法 基于有限字符集特性的信道盲估计 有限字符集特性是通信信号的一个重要的冗余结构。有限字符集特性也称为序列的离散性，是指用户发送的信息符号取自有限个字符构成的集合。基于发送信号有限字符集特性的信道盲估计算法起源于最大似然(ML)原理，其大体的做法是
26、：首先构造一个代价函数，然后在发送信号属于一个有限字符集的限制下，求该代价函数最小值所对应的解。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道盲估计方法 设在一个通信系统的接收信号矩阵Y，信道传输矩阵为H，发送信号矩阵为X，噪声矩阵为N，则整个收/发模型为：(2.29)YH XN当噪声N服从高斯分布时，可以得到信道传输矩阵H和发送信号矩阵X的估计为：(2.30)2,argmin()argmin|MLFJH XH,XYHX西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.
27、2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道盲估计方法 化解以上的约束最优化问题分两步：第一步假设X已知，则H的ML估计为：(2.31)1()HHMLHYXXX将式(2.31)代入式(2.32)中，可得一个新的最优化准则：(2.32)式中 为X张成的子空间的正交投影算子。2argmin|XFXYPH1()HXPI-X XXX西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道盲估计方法 第二步即为求解式(2.32)。但是这一步的求解过程一般来说都非常复杂，最常用的方法是穷尽搜索或递归迭代。对X进行穷尽搜索是求解
28、全局最小值最可靠的方法，但是其运算复杂程度呈指数级，使得这种方法实用性很小。采用迭代的求解方法具有低于穷尽搜索方法的复杂度，但只有当迭代初始值的比特错误概率足够的小，才能保证最终迭代结果的正确性。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道盲估计方法互相关法 设理想无噪声的多信道模型总共有M个不同信道，其中第i和第j个信道有下列的关系式 (2.33)()()()()0ijjix kh kx kh k()(0)iiih Lhh可改写成矩阵表达形式：，(2.34)()()0iijjLL hXXh西安电子科技大
29、学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道盲估计方法定义矩阵：(2.36)10 0()()00()000 0()0()iiiMiXLX LLX LX LX再设矩阵 ，则有：(2.37)此时，就可通过求解式(2.37)得到需要估计的信道h。121()(),(),()TTMT TLLLLXXXX12,TTTMhh hh()0LXh西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法()LY1.确定性信道盲估计方法在实际的估计过程中，可使用受到噪声干扰的接
30、收信号 按照上述方法生成矩阵 ，然后再通过求解下式的最小平方值获得信道估计值 。(2.38)另外，也可以采用对做奇异值分解(SVD)的方法来求解 。()jy khh2argmin|()|LhYh西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道盲估计方法最小二乘滤波法 在OFDM信道估计中，可以利用发送信号空间与接收信号空间的同构关系，将原信道估计转化为利用发送信号空间估计信道的问题，避免了信道阶数检测。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲
31、估计方法方法1.确定性信道盲估计方法设发送信号为 ，无噪接收信号为 ，有如下定义 (2.39)(2.40)(2.41)(2.42)txty1,deftttxxx1,deftttyyy,11,defttttspan x xx X,11,defttttspan y yy Y西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法2L1.确定性信道盲估计方法为了便于说明，把问题简化为 的特殊情况，有：(2.44)01122101121202112ttttttttttttyh xhxh xyh xhxh xyh xhxh x定义一个发送信
32、号的子空间Z满足下面两个条件：(i)(ii)2112,ttttxxxxZtxZ西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法ty1.确定性信道盲估计方法这是一个由当前发送时刻之前和之后的观测样本矢量构成的向量空间。的滤波误差可表示为：(2.45)|01|1|22|t ztzt zt ztzyhyhxhxhyE这样，信道矢量可通过最小化滤波误差求得，即：(2.46)2argmax|Thh E西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法1.确定性信道
33、盲估计方法为了化简求解式(2.46)的求解过程，可先通过下式计算滤波误差的协方差矩阵 ：(2.47)其中，M为E的列数。再对 做奇异值分解，其最大的奇异值所对应的向量即为所要求解的信道估计 。ER1TEMRE EERh西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法2.统计性信道盲估计方法 基于统计性的信道盲估计算法在进行信道估计的过程中使用了信号的统计特性。对于OFDM系统，可直接利用接收信号自相关矩阵进行信道盲估计，该系统接收信号与发射信号之间的关系可用如下公式表示：(2.48)01()()(1)()cpcpcpcpn
34、nnn yHxHxw西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM系统中的信道估计技术系统中的信道估计技术2.6.2 信道盲估计信道盲估计方法方法2.统计性信道盲估计方法设信号的功率为 ，噪声的功率为 ，则可计算接收信号的自相关矩阵 为：(2.49)2s2yyR220011()()()HyycpcpHHHHscpcpcpcpPE yn ynIR x x HHx x H信道冲击响应 可通过接收信号的自相关矩阵的第一列得出：(2.50)即可根据上式估计出h，同时存在一个标量模糊 。0,TLhhh*00,(1,1),(1,1)Lyyyyh hhMM L RR*0h西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制
35、与多载波调制单载波调制与多载波调制OFDM的优缺点的优缺点OFDM基本原理基本原理OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理OFDM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM中的同步技术中的同步技术2.7.1 同步误差对同步误差对OFDM的影响的影响1.载波频率误差对系统的影响设OFDM系统有N个子载波，则发送一帧OFDM信号可表示为：(2.52)210NjknNnkkxX e设为接收信号的实际频偏与OFDM子载波间隔的比(即
36、为相对频偏)，为接收端采样周期，接收信号可表示为：(2.53)2()100,1,1jknNNnkknkyX H enNsT西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM中的同步技术中的同步技术2.7.1 同步误差对同步误差对OFDM的影响的影响1.载波频率误差对系统的影响令 ，为最接近 的整数，称之为整数倍频偏(IFO)，称之为小数倍频偏(FFO)，且 ，对接收端信号作FFT可得：(2.54)2ijij0.50.5j1112(2)/2()/()()000()fiiiNNNjn Njm kNkkNkNmmknmnmkNYXHeX HeW 西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM中的同步技术中的同步技术
37、2.7.1 同步误差对同步误差对OFDM的影响的影响2.定时误差对系统的影响 当FFT窗口中包含第i-1个OFDM帧的样点 ，以及第i个OFDM帧的样点 ，做FFT变换有：01 1N11,1,0011011,0,1exp(2/)exp(2/)1exp(2/)exp(2/)()exp(2/)exp(2/)NNi kiNni nnNNiniNni nni ki kkkYrjnk Nrjnk NNrjnk Njk NNrrjnk NH Xjk NIZ 西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM中的同步技术中的同步技术2.7.1 同步误差对同步误差对OFDM的影响的影响2.定时误差对系统的影响如果不考虑
38、 与 的相关性，可以得到损失的信噪比：(2.57),i nr1,iNnr 1002()10log1sEDdBNN如果估计的帧起始位置在循环前缀内，这时子载波之间的正交性不会被破坏，定时误差可以认为是信道引起的一个相位差，可以用信道估计器估计出来。但是如果估计的帧起始位置在数据区域内，FFT输出的每个子载波数据都会产生符号间干扰，严重降低系统性能。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM中的同步技术中的同步技术2.7.2 同步的一般过程同步的一般过程 发送与接收端的载波偏差会引起子载波间干扰，从而破坏子载波上的传输数据；FFT窗口的偏移会导致子载波数据的相位旋转，进行载波同步和符号定时同步是OF
39、DM接收机同步的主要任务。图2.13 OFDM系统中的同步一般可把同步过程分为两个阶段：捕获阶段和跟踪阶段。西安电子科技大学西安电子科技大学OFDM中的同步技术中的同步技术2.7.2 同步的一般过程同步的一般过程 同步捕获是指建立同步，在建立同步之前，接收端与发送端之间存在着较大的频偏，对于频偏估计，一般分两步进行，频率细同步和频率粗同步，分别对应于小数频偏和整数频偏的估计。定时同步一般是一步完成的，也可两步完成，进一步降低定时估计的误差，捕获阶段的主要任务是完成初步的符号同步、频偏估计等工作。西安电子科技大学西安电子科技大学单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制OFDM的优缺点的优缺点
40、OFDM基本原理基本原理OFDM的的IFFT实现实现OFDM系统的抗多径原理系统的抗多径原理OFDM系统中的信道估计方法系统中的信道估计方法OFDM中的同步技术中的同步技术MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术第第2章章 OFDM技术技术西安电子科技大学西安电子科技大学MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术 MC-CDMA(OFDM-CDMA)就是将OFDM技术应用于CDMA，从而较好地克服符号间串扰(ISI)和码间串扰(ICI)的不良影响。基本过程是：每个信息符号先经过扩频，再将扩频后的每个码片chip调制到一个子载波上，若扩频码码长为N，则调制到N个子载波上。西安电子科技大学西
41、安电子科技大学MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术 得到关于MC-CDMA的几种等价说法：MC-CDMA是把信息符号在时域扩频以后，再经过FFT变换到频域；MC-CDMA是一种DS-CDMA，但扩频是在频域内进行，即采用PN码的FFT来进行扩频；MC-CDMA是一种OFDM，在形成OFDM之前，将用户信息符号与一个正交矩阵相乘，MC-CDMA也可以叫做CDMA-OFDM；MC-CDMA是一种频域分集的技术，将一个信息比特同时在很多个子载波上传输，每个子载波均有恒定的相位偏移，这个相位偏移的集合形成一个地址码来区分不同的用户。西安电子科技大学西安电子科技大学MC-CMDA(OFDM-CD
42、MA)技术技术MC-CDMA首先用一个给定的扩频码对原始的数据流在频域进行扩频，然后将扩频后的每个码片分别调制到各个子载波上去。图2.14 MC-CDMA发射机框图图2.15 MC-CDMA接收机框图西安电子科技大学西安电子科技大学MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术 信道估计技术、符号同步技术都需要在符号间插入保护间隔，只要循环扩展的保护间隔大于信道响应长度，就可以完全克服符号间干扰和码间串扰的影响。两者在使用子载波的方式上有所不同：在OFDM中，不同的子载波携带不同的信息符号。为了在某个子带信号处于衰落区的情况下恢复出信号，必须在OFDM符号的一帧内采用纠错码保护。而MC-CDMA
43、在所有的子载波上均传送相同的信息符号，因此可以不依赖于纠错码的保护，而且具有频率分集的效果。西安电子科技大学西安电子科技大学MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术MC-CDMA系统除了保持常规DS-CDMA系统的许多优点之外，还具有下述优点：(1)灵活性：由于在频域具有一定的自由度，MC-CDMA系统更加灵活。(2)高容量/性能：由于频率交织，系统提供了高重数的频率分集，可以应用不同检测方法充分挖掘这种分集所提供的增益。例如，采用合理复杂度的最大似然检测(MLD)即可达到较高性能或每个小区较高的用户数。西安电子科技大学西安电子科技大学MC-CMDA(OFDM-CDMA)技术技术(3)抗干扰防护：由于处理是在频域进行，所以容易获得信道干扰的频率特性。例如对窄带干扰，可以分析每个子信道的干扰功率并将获得的信息用于检测。(4)为了消除衰落和相位偏差的影响，信道估计还是需要的，这就可以用帧结构中的参数码元来实现。
