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[導讀]對於無線通訊,可能大家並非瞭解它的細節。為增進大家對無線通訊的認識,本文將對無線通訊OFDM調製技術及其原理予以介紹。

無線通訊每天都在被使用,利用無線通訊,我們可以和想要聯繫的朋友發送消息。對於無線通訊,可能大家並非瞭解它的細節。為增進大家對無線通訊的認識,本文將對無線通訊OFDM調製技術及其原理予以介紹。如果你對無線通訊具有興趣,不妨繼續往下閲讀哦。

一、OFDM調製技術介紹

OFDM是現代寬帶無線通信系統應用的技術。為了減少高數據率OFDM系統中各信道間影響帶來的失真,引入循環前綴(CP)來消除碼間干擾(ISI)。它將一個IFFT包的最後部分複製到OFDM符號序列的前端。注意,CP的長度必須長於色散信道的長度以徹底消除ISI。在發射器中,OFDM調製包括快速傅立葉逆變換(IFFT)運算和CP的插入。而在OFDM接收器中,CP在數據包送往FFT解調前被移除。新一代的無線系統以高動態配置為標誌,其中CP的長度隨着傳輸模式,幀結構(見圖1、2)以及更高級的協議而改變。例如,3GPP LTE中的CP配置每一個時隙都不同。CP的長度基於具有2048時間間隔的OFDM符號。WiMAX系統中可以有幾種相似而不同的CP結構。

圖1:3GPP LTE下的幀結構1,可用於TDD、FDD系統

圖2:3GPP LTE下的幀結構2,可用於TDD系統

二、OFDM調製的實現

下面將討論如何實現OFDM調製及解調中循環前綴的插入與消除。

FFT與FFT反變換:在OFDM調製中最關鍵的運算就是IFFT,相類似,OFDM解調的核心為FFT。寬帶系統中的高FFT吞吐率是至關重要的,尤其是在FFT被多路數據通道共享時。

在WiMAX以及3GPP LTE這類現代可擴展無線系統中,在運行中可重新配置的能力同樣成為系統要求的一個重要指標。可變流模式下的FFT MegaCore函數瞄準的是可重新配置的無線通訊,是設計OFDM系統時的一個很好選擇。

FFT的MegaCore函數被設定為可變流模式,它允許FFT的大小和方向逐包改變。它還採用了存儲效率模式——這是FFT核的唯一模式,直接從FFT的蝶形引擎中輸出位反轉符號。可以在FFT核之外結合帶有循環前綴插入的位反轉。這樣,整個OFDM調製可以節省出一個單緩衝器。

FFT模塊複用:為了減少邏輯門數,FFT模塊通常採用比其他基帶模塊更快的時鐘頻率並複用。FFT模塊可以被不同的源共享,譬如,多路天線、時分雙工(TDD)複用中的發射與接收,以及頻分雙工(FDD)系統。FFT模塊也可以與其他功能模塊共享,如振幅因數減小或信道估計模塊。不過,這些複用取決於用户特定的算法,而非通用設計。這篇文章將集中討論最常見的無線通訊系統應用:如MIMO技術、TDD和FDD通信。

TDD操作:在TDD基站中,發送和接收發生在不重疊的時隙中。FFT模塊可以很容易地在採用合適的信號多路複用技術的發射機和接收機之間共享。圖3顯示一個典型的單一天線TDD OFDM調製器。

圖3:單天線TDD系統中OFDM調製解調的共享

在發射數據通道中,基帶數據被直接送入IFFT模塊。為在IFFT運算後插入CP並進行位反轉操作,可以採用很多種不同的結構。圖4為一個使用Altera Avalon Streaming接口(Avalon-ST)的高效實現方案。IFFT輸出的位反轉信號按次序被寫入一個單緩衝器,在那裏,來自上一個OFDM符號的自然順序的樣本通過雙端口RAM同時被讀出。產生循環前綴時,通過Avalon-ST背壓流量控制使FFT核停轉。附加了循環前綴的連續OFDM符號再被送到數字上變頻器(DUC)來傳輸。

圖4:帶背壓的循環前綴插入的高效存儲實現方案

而在接收通道中,經過數字下變頻器(DDC)後,循環前綴從OFDM符號中被移除。如圖3示,循環移除模塊找到OFDM符號序列的正確起始位置然後把數據送向FFT解調。FFT模塊後的單緩衝器只能作為接收通道中的位反轉緩衝器而沒有背壓流量控制。為了重複利用控制單元,圖3中CP的插入和移除模塊能夠區分數據包是否用來發射還是接收,並採取相應操作。在這種存儲器高效率執行中,FFT核工作頻率為符號速率。一個單緩衝器足以完成循環前綴的插入和位反轉。

FDD操作:在FDD中,發送和接收是同時進行的。FFT核的共享要求其工作頻率不低於基帶符號傳輸速率的兩倍。發射和接收數據通道各需要一個專用數據緩存。

圖5描述的是FDD系統下FFT複用的一種可能配置。數據發送和接收通道的操作類似於TDD系統,其區別在於這些操作是同時進行的。因此,pre-FFT數據必須被緩存且把頻率提高到快時鐘頻率。用一個單緩衝器就足以改變速率,因為緩衝器的寫時鐘頻率總是低於或等於讀時鐘頻率。

圖5:單天線中OFDM調製解調的FFT核共享

在當前的數據包以低時鐘速率被寫入緩衝器的時候,上一個包中的數據以高時鐘率被讀出。當讀寫操作在同一存儲位置時,需要配置雙端口RAM來輸出舊存儲內容。FFT處理後,高速率數據經過雙端RAM後被還原到OFDM的發送速率。這個post-FFT存儲緩衝器也作為一個位反轉緩衝器。由於速率從高到低的改變,如果需要連續碼流輸出,就需要一個雙緩衝器,即當一個FFT包被寫入緩衝器時,上一個包中的數據從另一個緩衝器被讀出。

以上便是此次小編帶來的“無線通訊”相關內容,通過本文,希望大家對無線通訊OFDM調製技術原理具備一定的瞭解。如果你喜歡本文,不妨持續關注我們網站哦,小編將於後期帶來更多精彩內容。最後,十分感謝大家的閲讀,have a nice day!

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