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资料总结
1. OFDM 的提出
在无线通信中,发射信号在传播过程中往往会受到环境中的各种物体所引
起的遮挡、吸收、反射、折射和衍射的影响,形成多条路径信号分量的多径传
播。一般来说,信号在无线远距离移动通信信道的传输过程中,主要存在以下几个
问题:
(1)自由空间路径损耗
(2)反射、衍射和散射的影响
(3)多径传播和多普勒频移带来的衰落影响
多径效应:指电磁波经不同路径传播后,各分量场到达接收端时间不同,
各自相位相互叠加而造成干扰,使得原来的信号失真,或产生错误,形成频率
选择性衰落和时延扩展等现象。多径效应是无线通信中最重要的问题,在典型
的无线信道中,发送信号的多次反射导致了多径传播。不同传播路径具有不同
的延迟从而使得信道有时间色散特性。由此引起的符号间干扰 ( ISI ) 是无线传
输系统需要考虑的因素。多普勒效应可以看做是频域上的多径效应,多径效应
是时延而多普勒效应是“频延”。
正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)是多
载波调制技术应用于无线传播环境中的典型代表,OFDM 是一种特殊的多载波
调制技术,它利用子载波间的正交性极大提高了频谱利用率,而且可以抗窄带
干扰和多径衰落。
2. 单载波与多载波通信系统(对比体现多载波优点)
1)单载波传输系统
通常我们采用的通信系统是单载波方案。如图 1,其中 g(t)是匹配滤波器。
这种系统在数据传输速率不太高的情况下,多径效应对信号 ISI 不是特别严重,
可以通过使用合适的均衡算法使得系统能够正常的工作。但是对于数据传输的
速率较高的情况,时延扩展造成数据符号之间的相互交叠,从而产生了 ISI,这
对均衡提出了更高的要求,需要引入 复杂的均衡算法 ,还要考虑到算法的可实
现性和收敛速度。从另一个角度去看,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,使得同一个信号中不同的频
率成分体现出不同的衰落特性。
PS:匹配滤波器:输出端的信号瞬时功率与噪声平均功率的比值最大的线
性滤波器也就是说有最大的信噪比。
相干带宽,频率选择性衰落:
https://blog.csdn.net/weixin_42227141/article/details/83858301 ( Ctrl 点
击)
图 1 单载波系统基本结构
2)多载波传输系统
多载波传输 通过把数据流分解为若干个子比特流,这样每个子数据流将具
有低得多的比特速率,用这样的低比特率形成的低速率多状态符号再去调制相
应的子载波,从而构成 多个低速率符号 并行发送的传输系统。 在单载波系统中,
一次衰落或者干扰就可以导致整个链路失效,但是在多载波系统中,某一时刻
只会有少部分的子信道会受到深衰落的影响。图 2 中给出多载波系统的基本结
构示意图。
图 2 多载波系统基本结构
3. 频分复用与正交频分复用(对比体现正交频分复用优点)
1)频分复用
频分复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)是指将信道划分成 N 个
子信道,利用 N
个不同频率的子载波 并行的在子信道上传输 N
路数据 。频分复
用的传输系统发送端的组成框图如图 3 所示,接收端则是一个相反的过程。
图 3 频分多路传输系统组成框图
假设待传的 N 个具有相同带宽 的信号为 , ......, ,分别通
过一个低通滤波器(低通滤波器 .txt ),以保证其带宽不超过 ,因为这些信
号占有同一频带,如果直接加于同一信道上,接收端将无法进行区分。所以要
对它们的频谱进行搬移,使其在频率轴上互不重叠。因此,各路信号先要用子
载波进行调制从而实现频谱搬移。用一组有相同频率间隔的正弦波(余弦)作
为子载波,相应的频率称为子载频。为了限制各路子载波所占频带,在相加器
前,每一路设一个带通滤波器(带通滤波器 .txt )。多路信号仍属于基带信号
(基带信号 .txt ),可以直接用导线传输。信号此时在频带上是互不重叠的,因
此可以用相加器将 N 路信号和在一起传输。频分多路信号可表示为:
(1)
Note:单路信号
n
f
, 子载波调制需乘正弦波
)cos( t
n
, 角频率
n
所对应的
n
f
为子载频(
=2πf ) 。
为了实现无线传输,还需将合成的信号对射频载波(射频信号 .txt )进行一次
调制,称为主载波调制,或二次调制(调制信号 .txt )。在接收端,解调过程是一
个相反的变换(即一个逆过程)。首先,对射频信号进行主载波解调,恢复出的
多路信号加到各个分路带通滤波器上,各个带通滤波器的中心频率分别对应该
路带宽和子载波频率,只允许本路信号通过,从而实现了频域的分割。分离后
的信号进行子载波解调,就可得到各路信息。FDM 的频谱分析如图 4, 是
保护带宽。
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