먼저 OFDM 을 간략하게 소개합니다

OFDM 은 직교 주파수 분할 재사용의 약어입니다. OFDM 은 멀티캐리어 기반의 새로운 신호 변조 전송 기술입니다. 특히 신호 데이터를 여러 개의 개별 하위 신호 스트림으로 분할하며 각 하위 신호 스트림은 상대적으로 낮은 트래픽으로 전송됩니다. 상대적으로 낮은 흐름 속도로 여러 하위 신호 스트림을 병렬로 전송하는 것이 OFDM 의 일반적인 특징입니다. 멀티 캐리어 모드는 기존의 단일 캐리어 시스템에 비해 채널 용량을 크게 확장할 수 있습니다. 멀티캐리어 변조 전송 기술에 대한 이론적 연구는 1960 년대에 시작되었다. 통신 기술 전문가들은 멀티캐리어 전송에서 신호 간섭이 있음에도 불구하고 정보 전송 시스템의 성능을 크게 최적화할 수 있음을 입증했습니다. 1970 년대 초, OFDM 은 처음으로 특허를 획득했다. 197 1 에서 W Enstein 과 Ebert 는 이산 푸리에 변환으로 멀티캐리어 변조를 구현해 IEEE 잡지에 게재했다. 이후 10 여 년 동안 이동통신 분야에서 멀티캐리어 변조 기술을 어떻게 사용하는지 심도 있게 연구했지만 당시 디지털 신호 처리 기술과 고효율 신호 변조 기술이 따라잡지 못했기 때문에 멀티캐리어 전송 기술은 널리 활용되지 않았다. 이 상황은 1990 년대까지 변하지 않았다. 이후 OFDM 기술은 중시되고 광범위하게 응용되었다.

OFDM 기술은 기존의 단일 반송파 시스템에 비해 채널 용량을 효과적으로 확장하지만 다중 경로 전파의 신호를 미리 연결하기는 어렵습니다. 하위 채널 신호는 필연적으로 서로 간섭합니다. 다양한 간섭을 제거하는 방법을 소음 저하라고 합니다.

둘째, 이산 멀티톤 (DMT) 기술은 잡음 신호 다운그레이드를 준비합니다

OFDM 은 먼저 서로 다른 주파수의 하위 채널을 사용하여 서로 다른 하위 채널을 개별적으로 전송하는 대신 하나의 대용량 정보 흐름을 전송합니다. 이 경우 송신기는 단일 채널에서 단일 반송파 대용량 직렬 전송과 비교할 수 있는 병렬 전송을 사용합니다. 단순히 여러 세트의 송신기와 수신기로 구현한다면 비용이 매우 많이 들 것이다. 이후 9 시 QAM 변조 기술이 멀티캐리어 변조 시스템에 적용되고 수신기는 하위 채널 관련 감지, 하위 반송파 간 관련 감지를 사용한다는 사실이 밝혀졌다.

이산 푸리에 변환 (DFT) 기술은 입력 신호를 그룹화하여 각 데이터 세트에 N 개의 복수 기호가 포함되고 각 복수 기호 세트마다 하나의 하위 채널을 차지합니다. 수신기는 먼저 입력 신호를 샘플링한 다음 각 데이터 세트에 대해 이산 푸리에 변환을 수행하여 원래 신호를 복원합니다. OFDM 의 이러한 패턴을 DMT (이산 멀티톤) 라고 합니다. DMT 기술의 주요 장점은 FFT 알고리즘의 장점을 기반으로 한다는 것입니다. 이론적으로 N 개의 기호에 대한 FFT 는 nlogn 곱하기 연산만 소비하고 DFT 를 직접 채택하는 데 필요한 연산량은 N2 입니다.

최근 20 년 동안 OFDM 기술, 특히 DMT 기술은 다양한 통신 기술에 널리 사용되었습니다. 현재 DMT 는 ADSL 의 표준 기술로 사용되고 있습니다.

셋째, 멀티캐리어 채널 잡음 퇴화

적절한 코딩 기술과 인터리빙 기술을 결합한 OFDM 기술은 무선 채널의 간섭에 효과적으로 저항할 수 있습니다. 무선 통신의 고속 전송 기술에서 주파수 응답 곡선은 일반적으로 평평하지 않습니다. OFDM 의 주요 아이디어는 주어진 채널을 주파수 영역에서 서로 직각인 하위 채널로 분해하는 것입니다. 각 하위 채널은 하나의 하위 반송파에 의해 변조되고 각 하위 반송파는 병렬로 전송됩니다. 전체 채널이 평평하지 않더라도 각 하위 채널의 상대적 평평함을 보장할 수 있습니다. 하위 채널의 좁은 밴드 전송으로 인해 신호 대역폭이 채널 대역폭보다 현저히 작기 때문에 하위 신호 간의 간섭이 크게 제거됩니다.

고속 대용량 데이터 스트림을 다중 하위 경로 저속 소용량 데이터 스트림으로 분해하여 각 하위 신호 스트림의 데이터를 독립적으로 조정하고 중첩하여 전송 신호를 형성합니다. 채널 속도와 용량의 감소와 기호 주기의 증가로 인해 다중 경로 간섭은 다음 기호로 더 적게 유전되므로 신호 기호의 다중 경로 지연의 비율을 줄이고 다중 경로 간섭이 신호 전송 시스템에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 실험에 따르면 802. 1 1a 표준에 명시된 인코딩 인터리빙 프로세스와 해당 디코딩 인터리빙 프로세스에 따라 원본 정보 신호를 완전히 복구할 수 있습니다. 다음 그림은 오실로스코프에 표시된 두 프로브의 관찰 결과입니다. 이 두 파형을 비교하면 신호의 감도는 차이가 없다.

OFDM 전력 스펙트럼의 대역 외 부분의 쇠퇴를 가속화하기 위해 OFDM 기호를 창을 추가해야 합니다. 주기 가장자리의 진폭을 0 으로 점차 줄이고 코사인 창 상승 함수를 공식 (1) 으로 표시할 수 있습니다.

(1)Ts 는 창문 앞의 기호 길이를 가리키고, 베타는 롤 강하 계수를 가리키고, (1+베타) TS 는 창 뒤의 기호 길이를 나타냅니다.

다음 공식 (2) 은 OFDM 출력 신호의 동등성을 설명하는 데 자주 사용됩니다.

등식 (2) 에 설명된 OFDM 신호에는 전력 스펙트럼에서 대역 외 간섭의 감쇠 속도가 너무 느리다는 단점이 있습니다. 하위 반송파 수를 늘리면 전력 스펙트럼 대역 외 간섭의 감쇠 속도가 빨라지지만 창 추가 기술을 사용하지 않으면 효과가 좋지 않습니다.

실제 통신 중에 창문을 여는 과정은 다음과 같습니다.

(1) N 개의 디지털 변조 신호 기호 뒤에 0 을 채워 N 개의 입력 샘플 값 시퀀스를 형성합니다.

(2) 샘플 값 시퀀스에 대한 IFFT 연산은 출력 신호의 마지막 접두사를 해당 OFDM 기호에 각각 이식한 다음 IFFT 출력 신호의 맨 앞에 있는 Tpostfix 샘플을 OFDM 기호 뒤에 이식합니다.

(3) 기간 동안 OFDM 기호에 방정식 (1) 으로 정의된 상승 코사인 창 함수인 brown (t) 을 곱합니다.

(4) 창 추가 OFDM 기호 지연 Ts 를 이전 창 추가 OFDM 기호에 더하면 인접한 두 OFDM 기호 사이에 대역폭이 TS 인 겹치는 영역이 있습니다.

멀티캐리어 변조 (MCM) 기술은 일정한 대역폭을 가진 비선형 채널을 N 개의 대략적인 하위 채널로 분해하며, 각 하위 채널은 거의 선형이고 각 하위 채널은 저속 코드 (1/N 기호율) 로 데이터를 전송합니다. 저속으로 데이터를 전송하는 기호 주기는 길어서 지연 값과 기호 주기의 비율이 일정 값보다 작을 경우 기호 간 간섭이 뚜렷하지 않습니다. 기본적으로 MCM 은 채널 지연 확산에 민감하지 않으며 이퀄라이저가 없어도 MCM 을 사용하면 성능이 향상됩니다.

향농공식에 따르면 하위 채널의 주파수 응답이 거의 선형일 때 채널 용량이 거의 최대에 이른다. 각 하위 채널에서는 채널 특성에 따라 송신 전력 스펙트럼 밀도를 결정하고 각 채널을 독립적으로 인코딩한 다음 해당 하위 채널에 적합한 매핑을 사용하여 신호 전송을 수행할 수 있습니다. 신호 대 잡음비가 높을 때는 MQAM 매핑을 사용하고, 신호 대 잡음비가 낮을 때는 BPSK 또는 QPSK 매핑을 사용합니다. 또한 주파수 간격이 F 가 충분한 경우 C(f) 는 거의 상수이므로 수신기는 보정을 위해 이퀄라이제이션 알고리즘을 사용할 필요가 없으며 기호 간 누화는 무시할 수 있습니다.

참고

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