任务1---OFDM系统概述

LTE移动通信技术2020年2月课程目录模块1LTE概述模块2OFDM基本原理模块3LTE协议原理模块4MIMO基本原理模块5LTE基站设备模块6LTE基站开通与维护OFDM系统概述目录任务1OFDM关键技术任务2OFDM的应用任务341.识记：无线信道传播特性、OFDM的基本概念、OFDM的优缺点；2.领会：无线信道的大尺度衰落、阴影衰落、多径衰落、时变性及多普勒频移。无线信道对信号的影响可以分为如下3种：一、无线信道传播特性路径损耗（大尺度衰落）•电波在自由空间内的传播损耗阴影衰落（中等尺度衰落）•由于传播环境的地形起伏、建筑物和其他障碍物对地波的阻碍或遮蔽而引起的衰落多径衰落（小尺度衰落）•无线电波在空间传播存在反射、绕射、衍射等，因此造成信号会经过多条路径到达接收端，而每个信号分量的时延、衰落和相位不同，在接收端对多个信号分量叠加时，造成同相增加，异相减小信号在无线信道中的传播特性，图示3种衰落情况。一、无线信道传播特性频率选择性衰落•多径效应会引起频率选择性衰落。–当多路信号的相对时延与一个符号的时间相比不可忽略,那么当多路信号迭加时,不同时间的符号就会重迭在一起,造成符号间干扰（InterSymbolInterference，ISI），此时就认为发生了频率选择性衰落。时间选择性衰落•除上面讲到的几种衰落之外，由于移动台的运动，还会使无线信道呈现出时变性，即时间选择性衰落。•时间选择性衰落的一种具体表现就是多普勒频移（Dopplershift），即单一频率信号经过时变衰落信道之后会呈现为具有一定带宽和频率包络的信号，称为信道的频率弥散性。频率弥散性会造成信道间干扰(InterChannelInterference，ICI)。无线信道要解决的问题•自由空间的传播损耗和阴影衰落主要影响到无线区域的覆盖，通过合理的设计就可以消除这种不利影响。•在无线通信系统中，重点要解决时间选择性衰落和频率选择性衰落。采用OFDM技术可以很好的解决这两种衰落对无线信道传输造成的不利影响。•OFDM:正交频分复用OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）是一种多载波传输方式。二、OFDM的基本概念为什么采用OFDM？•带宽利用率高：OFDM将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交。将高速的串行数据流分解成若干并行的子数据流同时传输。•频率选择性衰落小：OFDM子载波的带宽信道“相干带宽”时，可以认为该信道是“非频率选择性信道”，所经历的衰落是“平坦衰落”。•时间选择性衰落小：OFDM符号持续时间信道“相干时间”时，信道可以等效为“线性时不变”系统，降低信道时间选择性衰落对传输系统的影响。频率频率节省带宽资源传统频分复用(FDM)多载波调制技术正交频分复用(OFDM)多载波调制技术图FDM和OFDM带宽利用率的比较OFDM的正交性—频域描述时域频域矩形函数4个子载波OFDM符号周期内4个子载波011expexp-0TnmmnjtjtdtmnT（）（）OFDM系统实现原理——多载波技术•多载波传输是相对于单载波传输而来的：使用多个载波并行传输数据。–1.把一串高速数据流分解为若干个低速的子数据流——每个子数据流将具有低得多的速率；–2.将子数据流放置在对应的子载波上；–3.将多个子载波合成，一起进行传输。串/并并/串+0d1d1Ndtfje12tfje02tfjNe12信道tfje02tfjNe12tfje12积分积分积分0~d1~d1~NdOFDM原理图•OFDM技术中各个子载波之间相互正交且相互重叠，可以最大限度地利用频谱资源。•OFDM是一种多载波并行调制方式，将符号周期扩大为原来的N倍，从而提高了抗多径衰落的能力。•OFDM可以通过IFFT（快速傅立叶反变换）和FFT（快速傅立叶变换）分别实现OFDM的调制和解调。LTEOFDM时频结构DLsymbNOFDMsymbolsOnedownlinkslotslotT0l1DLsymbNlRBscDLRBNNsubcarriersRBscNsubcarriersRBscDLsymbNNResourceblockresourceelementsResourceelement),(lk0k1RBscDLRBNNk时域：对应OFDM符号频域：对应OFDM子载波OFDM的优势抗多径衰落•将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到每个子信道上传输，可以减少子信道的干扰。•每个子信道上的信号带宽小于信道的相干带宽，因此每个子信道上的信号可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰频谱利用率高•由于子载波之间正交，允许子载波之间具有1/2的重迭，具有很高的频谱利用率计算简单•选用基于IFFT/FFT的OFDM实现方法，计算方法简单高效频谱资源灵活分配•通过选择子信道数目的不同，实现上下行不同的传输速率要求；通过动态分配充分利用信噪比高的子信道，提高系统吞吐量OFDM的不足易受频率偏差的影响•由于OFDM子信道的频谱相互重叠，因此对正交性要求严格。然而由于无线信道存在时变性，在传输过程中会出现无线信号的频率偏移，会导致OFDM系统子载波之间的正交性被破坏，引起子信道间的信号干扰存在较高的峰均比•因为OFDM信号是多个小信号的总和，这些小信号的相位可能同相，在幅度上叠加在一起会产生很大的瞬时峰值幅度。而峰均比(PAPR)过大，将会增加A/D和D/A的复杂性，降低射频功率放大器的效率。由于OFDM系统峰均比大，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感谢聆听2020年2月练习•1、无线电波的传播中属于大尺度衰落的是（）A、瑞利衰落B、阴影衰落C、多径衰落D、路径损耗•2、下列关于无线信道的特性说法正确的有（）A、多径效应会引起频率选择性衰落B、阴影衰落属于中等尺度衰落C、阴影衰落服从瑞利分布D、多普勒频移属于时间选择性衰落•3、OFDM技术的优点有（）A、抗多径衰落B、频谱利用率高C、计算简单D、频谱资源灵活分配•4、OFDM技术的缺点有（）A、易受频率偏差影响B、实现较复杂C、峰均比较高D、存在专利纠纷