正交分頻多工基本原理课件

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1、OFDM正交分頻多工基本原理Preparedby:Date:2006/3/8AgendaOFDM技術簡介串列和並列的概念OFDM之數學模型OFDM基本原理OFDM系統流程圖調變/映射OFDM的缺點OFDM技術之應用OFDM技術簡介傳統多載波傳輸系統是將整個頻帶劃分成N個沒有互相重疊的子載波，子載波與子載波之間有一段頻寬保護彼此之間不會互相干擾，稱之為保護頻帶(guardband)，而每個子載波則可用不同信號調變，此方法即是頻率多工。這個方法可以避免每個子載波之間互相產生干擾，又有多載波傳輸系統的優點，但就頻帶的使用效率而言，浪費了許多頻寬作為

2、保護。為了有效率的使用頻帶，所以就提出了將子載波在頻譜上互相重疊的辦法，以節省頻寬。重疊部份可能會互相干擾，避免干擾的方法為讓載波彼此之間成正交，此即為OFDM技術。串列和並列的概念串列一個常見的串列資料系統裡，資料符元被連續的傳送，每個資料符元的頻譜允許放滿整個可用的頻寬當資料傳送速率足夠快，幾個相鄰的符元可能因為經過頻率選擇性衰減或多路徑衰減傳播通道的影響而造成完全的失真並列每一個資料位元的頻譜通常放置於一個很小範圍的頻寬內因為把通道的頻譜區分為許多的子頻帶，而每個子頻帶因為頻率響應所造成的影響相當於平坦的效應並列資料傳送系統有效的解決了

3、在串列系統中會遇到的問題，如對抗頻率選擇性衰減圖1一般多載波調變技術圖2OFDM調變技術圖3單一載波頻譜圖4OFDM信號頻譜正交性時間領域頻率領域一個OFDM符元內有四個子載波的例子個別子載波的頻譜對一個週期為T的方波，其在頻譜上的型態為Sin(πfT)，如圖3所示1πfT。在頻譜上，與中心頻率每相距T處，其載波大小為零，利用此特性，1讓多個載波的中心頻率相隔T，則每個載波雖然在頻譜上互相重疊，但是在各個載波中心頻率時，其他載波的值為零，如圖4所示，如此，載波之間保持正交，不互相干擾OFDM之數學模型IQ星座圖(I-QConstellatio

4、n)在IQModulator出現之前，正弦波的調變常以PolarDiagram(即極性圖)表示。以ψ表示相位之度數，以到中心點的距離稱為大小。若要設計一接收線路偵測相位微小的變化，複雜度會很高。而相差90度的兩個正弦波由於是互相正交的，故很容易被分離出來。故可以將PolarDiagram轉換為I-QDiagram(或稱為I-QCons-tellation)，轉換方式是信號所在的位置不變，而用三角函數將ψ與A(Amplitutde)轉換為I值與Q值。I為A*Cos(ψ)，Q為A*Sin(ψ)。亦即將ψ與A(Amplitutde)之位置映射到X軸

5、與Y軸。混頻器的輸出包括兩種信號。為兩個輸入信號之頻率相加及頻率相減，此時我們需用濾波器將頻率相加的部份濾掉，故可得出I值與Q值。如以I-QDiagram表示BPSK，其中ψ值由一個Bit的InputData決定。如以I-QDiagram表示QPSK，則如圖3.18。其中ψ值由兩個Bit的InputData所決定。QPSK亦可以0度、90度、180度、與270度等四種角度表示。對PolarDiagram而言，45/135/225/315度與0/90/180/270度意義相同，相差只是時間點的不同。對I-QModulation而言，角度不同會明

6、顯影顯實際送出的I-值與Q-值。OFDM的基帶信號為：OFDM基本原理在接收端，對OFDM符號進行解調的過程中，需要計算這些點上所對應的每個子載波頻率的最大值，因為在每個子載波頻率最大值處，所有其他子載波的頻譜值恰好為0（圖4為6個子載波的情況），所以可以從多個相互重疊的子信道符號中提取每一個子信道符號，而不會受到其他子信道的干擾（假設有精確的同步）迴圈擴展因為每個OFDM符號中都包括所有的非零子載波信號，而且也同時出現該OFDM符號的時延信號，所以無線信道間的符號間會存在干擾，如圖5所示。在系統帶寬和數據傳輸速率給定的情況下，OFDM信號

7、的符號速率遠遠低於單載波的傳輸模式，正因為這種低符號速率使OFDM系統可以自然抵抗多徑傳播導致ISI，另外，通過在每個符號的起始位置增加保護間隔可以進一步抵制ISI，還可以減少在接收端的定時偏移錯誤，如圖6所示。IFFTandFFT反離散傅立葉轉換和離散傅立葉轉換為實現OFDM系統不可缺少的架構反快速傅立葉轉換和快速傅立葉轉換演算法為反離散傅立葉轉換和離散傅立葉轉換之快速硬體實現在IEEE802.11a裡，反快速傅立葉轉換和快速傅立葉轉換的大小為N=64為何使用反快速傅立葉轉換？串列轉並列XCos(2πf1t)XCos(2πf2t)XCos(

8、2πfNt)．．．．biΣX1(t)=cos﹝2πfct+﹞=cos﹝2π﹝fc+﹞t﹞=Re﹝e﹞=Re(xlm(t)．e)j2π﹝fc+﹞t2π(i-1)Mi-