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用OFDM把高數(shù)據(jù)率壓縮在窄寬帶中
用OFDM把高數(shù)據(jù)率壓縮在窄寬帶中
 更新時(shí)間:2008-8-18 11:02:30  點(diǎn)擊數(shù):39
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    一個(gè)主要的實(shí)現(xiàn)問題是峰值對(duì)平均功率(PAP)問題。OFDM符號(hào)是由Ns正弦波的和構(gòu)成的,每一個(gè)正弦波具有給定的相位。當(dāng)這些相位能很好地分布時(shí),其合成信號(hào)在峰值和平均功率之間有一個(gè)比較小的偏差(見圖5a)。然而,有時(shí)相位統(tǒng)調(diào)是以很多副載波有相同相位這種方式進(jìn)行的。在這些條件下,峰值輸出功率可遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均功率。在最壞的情況下,所有Ns副載波將具有相同的相位,結(jié)果峰值功率是平均功率的Ns倍(見圖5b)。這種大動(dòng)態(tài)范圍使得A/D和D/A變換器的選擇更困難,而且降低了功率放大器的效率。一個(gè)具有高PAP比的符號(hào)未曾被成功地接收,是因?yàn)閱栴}在于符號(hào)本身而不在于信道。

    提出各種方案來解決PAP問題。在這些方案中有幾種方法可限制或消除大的峰值,這是以增加誤差率和頻譜增寬(以降低PAP比)為代價(jià)的。其他方法產(chǎn)生FEC碼,只在具有低PAP比的OFDM符號(hào)上變換數(shù)據(jù)流或者在幾個(gè)擾碼間選擇以降低高PAP比的幾率。

數(shù)字視頻廣播

    OFDM的幾種應(yīng)用包括:數(shù)字音頻,視頻和WLAN。歐洲數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)DVB(數(shù)字視頻廣播)采用靈活的OFDM結(jié)構(gòu)在7.61MHz帶寬提供4.98~31.67Mbits/s的數(shù)據(jù)率。采用2000(1705)或8000(6817)副載波,結(jié)果副載波間隔為4.464或1.116KHz、符號(hào)時(shí)間為224或896ms。1512或6048這些有用的副載波用于數(shù)據(jù)。其余副載波用于散射傳播導(dǎo)頻(發(fā)生在副載波變換時(shí))、連續(xù)導(dǎo)頻(發(fā)生在每個(gè)OFDM符號(hào)中的相同副載波)和傳輸參數(shù)信令(TPS),表示安全時(shí)間長短,調(diào)制群集、內(nèi)碼率和副載波數(shù)。

    改變TPS副載波所表示的參數(shù)可控制數(shù)據(jù)率的靈活性,用不同的QPSK、16QAM、64QAM的組合,1/4、1/8、1/16、1/32安全間隔和1/2、2/3、3/4、5/6、7/8速率的收縮卷積碼實(shí)現(xiàn)不同的速率。另外,DVB用(204,188)Reed Solomon碼和兩個(gè)交錯(cuò)器實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)性能。

    B=(N/T)·(k/n)·r·m·(1/1+g)

    在上述方程中,有用的比特率B由不同的因數(shù)相乘來確定。無論采用2000或8000副載波,有用的副載波數(shù)N除以OFDM符號(hào)周期T是常數(shù)。在所有情況下,有用的符號(hào)率是6.75Msymbols/s。Reed solomon碼率,K數(shù)據(jù)符號(hào)除以全部符號(hào)數(shù)n也是常數(shù)(188/204)。此方程也包含可變參數(shù)(卷積碼率r,比特/符號(hào)m和安全間隔系數(shù)g)。注意,無論采用2000或8000副載波,當(dāng)數(shù)據(jù)率相同時(shí),安全時(shí)間對(duì)于8000副載波選擇相同的安全時(shí)間系數(shù)將大于4倍(8000副載波最大為224ms,2000副載波為56ms)。2000版本是8000版本的簡化形式,由于對(duì)副載波數(shù)較大的系統(tǒng)的可行性存在疑問,故用其來實(shí)施是有問題的。

    以18.4Mbits/s傳輸為例,假若用16QAM(4bits/symbol)、5/6速率卷積碼和OFDM符號(hào)長度的1/8安全時(shí)間,則所得到的數(shù)據(jù)率為18.43Mbits/s。假若需要稍微快一點(diǎn)的數(shù)據(jù)率,則可改用7/8卷積碼(19.35Mbits/s)或1/16安全時(shí)間(19.52Mbits/s)。用2/3卷積碼和1/4安全時(shí)間的64QAM,則可達(dá)到19.91Mbits/s。

    DVB的成幀結(jié)構(gòu)由幀和超幀組成。每幀包含68個(gè)OFDM符號(hào),每個(gè)超幀包含4個(gè)幀。此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成與比特和符號(hào)交錯(cuò)器兼容,保證交錯(cuò)圖形的第1位定位到超幀的第一個(gè)有用副載波的第1位。在成幀結(jié)構(gòu)中沒有特殊的排成序列的OFDM符號(hào)。用導(dǎo)頻信號(hào)達(dá)到同步和信道跟蹤。

無線LAN

    在美國,推薦IEEE802. 11a OFDM標(biāo)準(zhǔn)用于5GHz U-NII(Unlicensed National Information Infrastructure)波段。在歐洲和日本,類似的標(biāo)準(zhǔn)推薦用于非準(zhǔn)許的頻段。802.11a規(guī)定在所有情況下OFDM符號(hào)安全時(shí)間為800ns,即4ms符號(hào)時(shí)間的20%。在這種應(yīng)用中,配置在312.5KHz的48個(gè)副載波用于數(shù)據(jù)傳輸。另外4個(gè)副載波用作導(dǎo)頻,跟蹤頻率偏移。系統(tǒng)的總帶寬為16.56MHz。此標(biāo)準(zhǔn)所需求的數(shù)據(jù)率為6,9,12,18,24,36,48和54Mbits/s,用BPSK、QPSK、16QAM或64QAM調(diào)制以及1/2、2/3和3/4壓縮卷積碼率實(shí)現(xiàn)。上面給出的方程式有助于計(jì)算對(duì)應(yīng)于每種數(shù)據(jù)率的參量,但未用Reed Solomon編碼并忽略了安全時(shí)間系數(shù)。

    不像DVB那樣,把嵌入在數(shù)據(jù)副載波中的導(dǎo)頻用于同步和信道估算,802.11a標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了發(fā)生在OFDM符號(hào)包之前的一組序列符號(hào)。首先,有10個(gè)短的序列符號(hào)用于自動(dòng)增益控制(AGC)和粗略的頻率補(bǔ)償。其后是1個(gè)長序列符號(hào),帶QPSK調(diào)制的雙長度OFDM符號(hào)用于更精確的頻率跟蹤和信道估算。在序列符號(hào)和數(shù)據(jù)符號(hào)之間跟隨一個(gè)OFDM符號(hào),OFDM符號(hào)包含將用于信息包(以最小數(shù)據(jù)率發(fā)送)余項(xiàng)的數(shù)據(jù)率的信息。

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