一種突發(fā)OFDM傳輸系統(tǒng)的設(shè)計
摘要:第四代移動通信系統(tǒng)要求有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更好的傳輸質(zhì)量且同時能很好地克服多徑衰落,消除高速數(shù)據(jù)傳輸時嚴(yán)重的符號間干擾并大大提高頻譜利用率,正交頻分復(fù)用OFDM技術(shù)作為一種強有力的數(shù)字調(diào)制方式,以其突出的優(yōu)點成為4G移動通信系統(tǒng)的核心技術(shù)。在多徑時延、信息速率以及帶寬等特定背景條件確定的情況下,根據(jù)工程經(jīng)驗設(shè)計了一種適應(yīng)該背景條件的突發(fā)OFDM傳輸系統(tǒng),并且確定予載波數(shù)量、符號速率、OFDM幀結(jié)構(gòu)等總體參數(shù)。最后給出了該OFDM傳輸系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)示意圖。
關(guān)鍵詞:OFDM;卷積編碼;多普勒頻移;定時估計
0 引言
國外對OFDM技術(shù)的研究已有近50年的歷史。最初無線OFDM傳輸系統(tǒng)是用在軍用無線高頻通信鏈路中,隨著數(shù)字信號處理(DSP)和超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術(shù)的發(fā)展,OFDM技術(shù)獲得了長足的進步并廣泛應(yīng)用于社會生活的各個方面。其應(yīng)用主要有:
(1)廣泛應(yīng)用于音頻和視頻傳輸中,如歐洲數(shù)字音頻廣播(DAB)、數(shù)字視頻廣播(DVB)以及日本的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播(ISDB)等;
(2)非對稱數(shù)字用戶鏈路(ADSL);
(3)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11a、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)推出的局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)Hyperlan2等;
(4)無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.16a;
(5)已具雛形的4G蜂窩系統(tǒng)(大唐TD-LTE)。
本文根據(jù)特定的背景需求,設(shè)計了一種突發(fā)OFDM系統(tǒng)。該特定的移動傳輸?shù)谋尘靶枨笕缦拢?br /> (1)多徑最大時延擴展τ為20μs;
(2)信息速率Rb為5~36 Mb/s;
(3)帶寬W20 MHz;
(4)接收機運動速度小于80 km/h;
(5)采用突發(fā)傳輸模式;
(6)射頻中心頻率在5 GHz。
多徑最大時延擴展反映了信道的惡劣程度。從以上參數(shù)可以看出,該背景需求的信道是相當(dāng)惡劣的。若采用單載波傳輸,由于多徑時延太大,接收端均衡器將過于復(fù)雜。在這種情況下,根據(jù)前面分析,采用OFDM的調(diào)制方式具有很大的優(yōu)勢。
1 總體參數(shù)設(shè)計
根據(jù)背景需求和工程經(jīng)驗,按以下步驟進行總體參數(shù)設(shè)計:
1.1 確定保護間隔
OFDM符號保護間隔的時間一般要大于最大時延擴展。因為最大時延擴展為20μs,取保護間隔即循環(huán)前綴時間長度為:Tg=25μs。
1.2 選擇符號周期、有效符號長度、子載波間隔
考慮到保護間隔的引入帶來的信息傳輸效率的損失和系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜程度及系統(tǒng)的峰值平均功率比因素,在實際系統(tǒng)中,選擇符號長度Ts至少是保護間隔的5倍,即:Ts≥125μs。
有效信息符號長度至少為保護間隔的4倍,即:Tu≥100μs。
子載波間隔為有效信息符號長度Tu的倒數(shù),即:,其中129為插入導(dǎo)頻數(shù)Np),其余OFDM符號分配虛載波,數(shù)值為0。因此一個OFDM符號占用帶寬和其中的有效子載波占用帶寬Ws是相同的,即Ws=Nd×△f= 16.65 MHz,小于要求的20 MHz。
若Ts=125μs,若Rb取最小值為5 Mb/s,采用64QAM調(diào)制會增加系統(tǒng)復(fù)雜程度,考慮用QPSK調(diào)制方式代替。此時M=2,由公式(1)可計算得到Nd等于625。為了便于系統(tǒng)時鐘控制,根據(jù)經(jīng)驗取有效子載波數(shù)Nd為833(,其中65為插入導(dǎo)頻數(shù)Np),OFDM符號中其余非有效子載波處載波值為0。因此一個OFDM符號占用帶寬為8.33 MHz,遠小于要求的20 MHz。
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