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【LTE基礎(chǔ)知識】OFDM的保護(hù)間隔和循環(huán)前綴技術(shù)

保護(hù)間隔和循環(huán)前綴

    采用OFDM的一個(gè)主要原因是它可以有效地對抗多徑時(shí)延擴(kuò)展。通過把輸入的數(shù)據(jù)流串并變換到N個(gè)并行的子信道中,使得每個(gè)用于調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)符號周期可以擴(kuò)大為原始數(shù)據(jù)符號周期的N倍,因此時(shí)延擴(kuò)展與符號周期的比值也同樣降低N倍。為了最大限度地消除符號間干擾,還可以在每個(gè)OFDM符號之間插入保護(hù)間隔(guard interval),而且該保護(hù)間隔長度Tg一般要大于無線信道的最大時(shí)延擴(kuò)展,這樣一個(gè)符號的多徑分量就不會(huì)對下一個(gè)符號造成干擾。在這段保護(hù)間隔內(nèi),可以不插入任何信號,即是一段空閑的傳輸時(shí)段。然而在這種情況中,由于多徑傳播的影響,則會(huì)產(chǎn)生信道間干擾(ICI),即子載波之間的正交性遭到破壞,不同的子載波之間產(chǎn)生干擾,如下圖所示:

    

    由于每個(gè)OFDM符號中都包括所有的非零子載波信號,而且也同時(shí)會(huì)出現(xiàn)該OFDM符號的時(shí)延信號,因此上圖中給出了第一個(gè)子載波和第二個(gè)子載波的延時(shí)信號,從圖中可以看出,由于在FFT運(yùn)算時(shí)間長度內(nèi),第一子載波與帶有延時(shí)的第二子載波之間的周期個(gè)數(shù)之差不再是整數(shù),所以當(dāng)接收機(jī)試圖對第一子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí),第二子載波會(huì)對此造成干擾。同樣,當(dāng)接收機(jī)對第二子載波進(jìn)行解調(diào)時(shí),有時(shí)會(huì)存在來自第一子載波的干擾。

    為了消除由于多徑所造成的ICI,OFDM符號需要在其保護(hù)間隔內(nèi)填入循環(huán)前綴信號,見下圖。這樣就可以保證在FFT周期內(nèi),OFDM符號的延時(shí)副本內(nèi)包含的波形的周期個(gè)數(shù)也是整數(shù)。這樣,時(shí)延小于保護(hù)間隔Tg的時(shí)延信號就不會(huì)再解調(diào)過程中產(chǎn)生ICI。

    通常,當(dāng)保護(hù)間隔占到20%時(shí),功率損失也不到1dB。但是帶來的信息速率損失達(dá)20%,而在傳統(tǒng)的單載波系統(tǒng)中存在信息速率(帶寬)的損失。但是插入保護(hù)間隔可以消除ISI和多徑所造成的ICI的影響,因此這個(gè)代價(jià)是值得的。加入保護(hù)間隔之后基于IDFTIFFT)的OFDM系統(tǒng)框圖如下所示:

    上圖給出了采用IFFT實(shí)現(xiàn)OFDM調(diào)制并加入循環(huán)前綴的過程:輸入串行數(shù)據(jù)信號,首先經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換,串/并轉(zhuǎn)換之后輸出的并行數(shù)據(jù)就是要調(diào)制到相應(yīng)子載波上的數(shù)據(jù)符號,相應(yīng)的這些數(shù)據(jù)可以看成是一組位于頻域上的數(shù)據(jù)。經(jīng)過IFFT之后,出來的一組并行數(shù)據(jù)是位于離散的時(shí)間點(diǎn)上的數(shù)據(jù),這樣IFFT就實(shí)現(xiàn)了頻域到時(shí)域的轉(zhuǎn)換。下面以一種QPSK調(diào)制的數(shù)據(jù)給出了一組OFDM符號的傳輸情況:



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