技能竞赛-物联网技术应用-无线信道的特性.pptx

技能竞赛-物联网技术应用-

无线信道的特性

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课程内容无线信道的特性OFDM概述OFDM的关键技术循环前缀同步技术信道估计降峰均比技术OFDM在上下行链路的应用

同步要求OFDM系统的同步要求：载波同步：实现接收信号的相干解调；样值同步：使接收端的取样时刻与发送端完全一致；符号同步：区分每个OFDM符号块的边界，因为每个OFDM符号块包含N个样值。与单载波系统相比，OFDM系统对同步精度的要求更高，同步偏差会在OFDM系统中引起ISI及ICI。

同步技术-载波同步OFDM系统利用导频实现载波同步，载波同步分为两个过程：跟踪模式：只需要处理很小的载波抖动；捕获模式：频偏较大，可能是载波间隔的若干倍。OFDM系统接收机通过两个阶段的同步，可以提供良好的捕获性能和精确的跟踪性能。第一阶段：尽快地进行粗略的频率估计，解决载波的捕获问题；第二阶段：能够锁定并且执行跟踪任务。

同步技术-符号同步和载波同步OFDM系统中，采用最大似然方法联合实现符号定时同步和载波同步。通常多载波系统都采用插入保护间隔的方法来消除符号间干扰，最大似然方法正是利用保护间隔所携带的信息完成符号定时同步和载波频率同步，克服了需要插入导频符号实现载波同步，浪费资源的缺点。

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信道估计技术加入循环前缀后的OFDM系统可等效为N个独立的并行子信道。如果不考虑信道噪声，Ｎ个子信道上的接收信号等于各自子信道上的发送信号与信道的频谱特性的乘积。如果通过估计方法预先获知信道的频谱特性，将各子信道上的接收信号与信道的频谱特性相除，即可实现接收信号的正确解调。常见的信道估计方法有基于导频信道和基于导频符号（参考信号）两种，多载波系统具有时频二维结构，因此采用导频符号的辅助信道估计更灵活。

导频符号位置导频符号辅助方法是在发送端的信号中某些固定位置插入一些已知的符号和序列，在接收端利用这些导频符号和导频序列按照某些算法进行信道估计。在多载波系统中，通常在时间轴和频率轴两个方向同时插入导频符号，在接收端提取导频符号估计信道传输函数。只要导频符号在时间和频率方向上的间隔相对于信道带宽足够小，就可以采用二维内插滤波的方法来估计信道传输函数。

导频符号位置图NormalCP下单天线口的导频图样NormalCP下两天线口的导频图样

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峰均比（PAR）在时域上，OFDM信号是Ｎ路正交子载波信号的叠加，当这Ｎ路信号按相同极性同时取最大值时，OFDM信号将产生最大的峰值。该峰值信号的功率与信号的平均功率之比，称为峰值平均功率比，简称峰均比(PAPR)。在OFDM系统中，PAPR与Ｎ有关，Ｎ越大，PAPR的值越大，Ｎ=1024时，PAPR可达30dB。大的PAPR值，对发送端的功率放大器的线性度要求很高,并降低功放效率。如何降低OFDM信号的PAPR值对OFDM系统的性能和成本都有很大影响。

降峰均比技术降峰均比技术OFDM系统中采用信号预畸变技术降峰均比实现原理在信号被送到放大器之前，首先经过非线性处理，对有较大峰值功率的信号进行预畸变，使其不会超出放大器的动态变化范围，从而避免较大峰均比的出现实现方法限幅压缩扩张

限幅方法限幅作用：信号经过非线性部件之前进行限幅，可以使得峰值信号低于所期望的最大电平值。限幅导致的问题：会对系统造成自身干扰；会导致带外辐射功率值的增加。解决方法：利用其他非矩形窗函数对OFDM符号进行时域加窗。

压缩扩张压缩扩张变化方法：把大功率发射信号压缩，而把小功率发射信号进行放大，从而可以使得发射信号的平均功率相对保持不变。

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下行多址技术方案-OFDMAOFDMA（正交频分多址接入）：是传统的基于CP的OFDM技术。OFDMA多址接入方式：将传输带宽划分成相互正交的子载波集，通过将不同的子载波集分配给不同的用户，可用资源被灵活的在不同移动终端之间共享。这可以看成是一种OFDM+FDMA+TDMA技术相结合的多址接入方式。如下图所示：

下行多址技术方案-OFDMA根据每个用户需求的数据传输速率、当时的信道质量对频率资源进行动态分配，如图C所示。

下行多址技术方案-OFDMA的优势频谱效率高：子载波重叠、正交、支持非对称。带宽扩展性强：带宽取决于子载波的数量。抗多径衰落：子信道可以看做水平衰落信道、CP的引入。频域调度和自适应：集中式/分布式子载波分配：子载