4G通信系統中OFDM技術的分析

式(1)中:T為碼元周期加保護時間;fn為各子載波的頻率,可表示為:
式(2)中:f0為最低子載波頻率;Ts為碼元周期。
在發(fā)射端,發(fā)射數據經過常規(guī)QAM調制形成基帶信號。然后經過串并變換成M個子信號,這些子信號再調制相互正交的M個子載波,其中/正交0表示的是載波頻率間精確的數學關系,其數學表示為QT0fx(t)fy(t)dt=0,最后相加成OFDM發(fā)射信號。實際的輸出信號可表示為:
在接收端,輸入信號分成M個支路,分別用M個子載波混頻和積分,恢復出子信號,再經過并串變換和常規(guī)QAM解調就可以恢復出數據。由于子載波的正交性,混頻和積分電路可以有效地分離各子載波信道,如下式所示:
式中dc(m)為接收端第m支路子信號。在整個OFDM的工作流程中OFDM與其他技術的主要區(qū)別在于其采用的調制/解調技術以及循環(huán)前綴的加入這兩個環(huán)節(jié),下面將對其進行較為詳細的分析。
2.2 OFDM調制/解調技術的實現
OFDM系統的調制和解調可以采用離散逆傅立葉變換(IDFT)以及離散傅立葉變換(DFT)來實現,在實際應用中,可以采用更加方便快捷的逆快速傅立葉變換(IFFT)和快速傅立葉變換(FFT)技術來實現調制和解調,這是OFDM的技術優(yōu)勢之一。
先不考慮保護時間,將式(2)代入式(1)可得到如下等式:
由上面的分析可以看出OFDM的調制可以由IDFT實現,而解調可由DFT實現。當系統中的子載波數很大時,可以采用快速傅立葉變換(FFT/IF2FT)來實現調制和解調,以顯著地降低運算復雜度,從而在數字信號處理器DSP上比較容易實現,因此能夠達到簡化4G通信系統中硬件實現的復雜度并減少設備成本的效果,現存的還有諸如矢量變換方式、基于小波變換的離散小波多音頻調制方式等,但這些方式與OFDM相比,實現復雜度相對較高,因而一般不會用于4G通信系統。
2.3 循環(huán)前綴基本原理
在OFDM系統中,為了最大限度地消除符號間干擾,在每個OFDM符號之間要插入保護間隔,該保護間隔長度Tg一般要大于無線信道的最大時延擴展,這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。

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