华华泓信息2011年移动动培训训系列课课程 OFDM技术原理与应用广州市华泓信息科技有限公司VAVO1. OFDM的实现问题实现问题2. OFDM信号检测检测Contents广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDM的实现问题广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDM信号的产生广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDM的实现问题v检测 v峰均比 v多址接入 v自适应技术广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDMv由于一个多用户系统的性能在很大程度上取决于 其所采用的多址技术,所以在OFDM 系统中,如何 选择一种高效的多址技术就显得异常重要。 v通常的多址方法有3 种:时分多址( TDMA) ,频分 多址( FDMA) 及码分多址(CDMA) 。广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDM多址接入vOFDMA vOFDM-FDMA vOFDM-TDMA vOFDM-CDMA广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDM-FDMAvOFDM - FDMA 方案将传输带宽划分成正交的子 载波集,通过将不同的子载波集分配给不同的用户 ,可用带宽资源可灵活地在不同移动终端之间共享 ,从而避免了不同用户间的多址干扰。 vOFDM - FDMA 将所有载波的确定子集分配给每 个用户,这种分配表现为一种纯粹的数字化的子载 波管理,子载波分配不是固定的,而是采用自适应 方式。对于有效的多址接入方案,当其进行时间和 带宽资源分配时,应满足高度适应性。广州市华泓信息科技有限公司VAVO广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDM-FDMAv具体体现在n一方面,应考虑频率选择性无线信道的特性;n另一方面,也要满足用户对不同的或可变的数据传输速 率的需求。OFDM - FDMA 系统中,这种适应性可由 恰当选择与每个用户相关的子载波来满足。n每个用户经历不同的无线信道的情况,可以通过只将具 有高信噪比的“好”子载波分配给每个用户来实现。而 且特定用户的子信道数目可以依据要求的传输速率进 行变化。广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDM TDMAv 在OFDM - TDMA 中,n在一段时间内将全部带宽资源(所有子载波) 分配给一个特定的用户,即在 单个的TDMA 帧内,所有子载波在几个时隙内为某个用户独占。n这种OFDM - TDMA 的时间、带宽资源分配方式,可看作将全部资源(时 间、带宽) 在时间轴上进行分割。n在OFDM - TDMA 系统中,假定全部带宽分配给每个用户,假如在单个 TDMA 帧内的一些OFDM 符号间隔内,所有子载波被分配给一个用户。 每个TDMA 帧的OFDM 符号数目可以根据每个用户的需求进行变化。n在OFDM - TDMA 系统中, 双向业务可以由TDD 方式实现,这种方式在 上行和下行链路中都使用了子帧结构。nOFDM - TDMA 方案具有如下特点:n(1) OFDM - TDMA 方案在特定的OFDM 符号内将全部带宽分配 给一个用户,这种分配方式不可避免地存在带宽资源浪费、频带利用 率低、灵活性差的缺点。n(2) OFDM - TDMA 的信令开销在很大程度上取决于是否采用滤除 具有较低信噪比子载波的技术和自适应调制/ 编码技术。采用上述技 术虽然可以改善性能但是也会增加信令开销广州市华泓信息科技有限公司VAVOOFDM TDMA在频域方面，无线 资源可以划分为多个子信道，多个子载波组成一 个子信道 v子信道的子载波可以是按一定规律间隔(如等间隔 )分散到整个带宽上的，这种分配方式称为分布式 方式;也可以采用将连续子载波合并为子信道的方 式，这种分配方式称为集中式方式。广州市华泓信息科技有限公司VAVO v基于时频块结构OFDMA无线资源广州市华泓信息科技有限公司VAVO v分布式方式将分配给一个用户的子载波分散到整 个带宽，从而获得频率分集增益。但这种方式下 用户子信道内的子载波之间具有非相关性，故信 道估计较为复杂，也无法采用频域调度。广州市华泓信息科技有限公司VAVO v 集中式方式将连续子载波组成的子信道分配给一个用户， 子信道中的连续子载波个数与信道时延扩展和子载波带宽 有关，只要保证子信道中的子载波数是相关的，那么其一 个子信道只需做一次信道估计就可以，故集中方式可以降 低信道估计的难度。 v 同时集中式方式下系统可以通过频域调度(scheduling 选择较优的子信道(用户)进行传输，从而获得多用户分集 增益。 v 基于频域的多用户分集增益是由于不同用户在同一时刻性 能优良的子信道可能彼此不同，只把条件好的子信道分配 给某一用户，并采用自适应调制编码方式，从而获得最优 的无线资源利用率。但这种方式获得的频率分集增益较小 ，用户平均性能略差。广州市华泓信息科技有限公司VAVO v在多用户OFDMA系统中，一个时隙中的子信道 是一个最小资源划分单位，称为资源单元。n一个资源单元可以分配给任何一个用户，一个用户可 以得到多个资源单元，但是同一个资源单位不能同时 分配给多个用户。n其多用户资源分配机制非常灵活。还可以根据用户业 务量的大小动态分配资源单元的数量。因而既可以达 到很高的系统无线资源利用率，又能满足用户业务 QOS需求广州市华泓信息科技有限公司VAVO v多用户OFDMA系统自适应资源分配的模型广州市华泓信息科技有限公司VAVO v 该模型中假定每个用户都有一个单独的分组队列缓存器，分组以先进 先出(FIFO方式进入队列，同时假定各个用户的信道相互独立。在进 行资源分配(如子信道分配)前，需要得到用户业务队列缓存信息及物 理信道状态反馈，基于这些信息，资源分配模块选择最适合的用户使 用各子信道。当对某个子信道选择了相应用户后，在单位OFDM符号 内此子信道上所能承载的比特则由自适应调制编码模块确定。v 从系统资源分配的角度来说，该模型既可以用于上行资源分配也可以 用于下行资源分配。只不过在进行子信道分配算法时，需要得知用户 的信道反馈信息以及QOS及缓存队列信息。对于BS集中控制的蜂窝 系统，下行链路上每个用户业务QOS及队列信息都是为BS所知的;而 上行链路上这些信息是分布在用户端不为BS所知。v 因此在宽带OFDMA系统中针对上行链路，研究设计了针对不同业务 类型的上行调度服务机制，这些机制保证用户能够及时有效的报告其 业务信息要求给BS，便于BS进行资源的调度。广州市华泓信息科技有限公司VAVOMC-CDMAv多载波CDMA系统的基本原理 v多载波CDMA系统研究热点 vMC-CDMA系统子载波功率自适应 vDS-CDMA多用户检测 v多用户检测下的MC-CDMA系统功率 自适应广州市华泓信息科技有限公司VAVO一、 多载波CDMA 的基本原理v 传统DS-CDMA系统图 The basic DS-CDMA model是用户k的第i个数据比特， 比特率为1/T 是信道衰减因子为高斯白噪音，方差为N0/2是用户k的特征波形，具有归一化的能量 特征波形的互相关其中 为码片波形，满足广州市华泓信息科技有限公司VAVO一、 多载波CDMA 的基本原理vMC-CDMA(OFDM-CDMA)：扩频在频域内进行广州市华泓信息科技有限公司VAVO一、 多载波CDMA 的基本原理vMC-DS-CDMA：扩频在时域内进行广州市华泓信息科技有限公司VAVO二、 多载波CDMA 的研究热点广州市华泓信息科技有限公司VAVO三、 MC-CDMA子载波功率自适应分配 v 假定收发两端可提供完美的CSI，在各子载波上根据其信道衰落，通过一定的 算法，自适应地分配功率。图中， 表示用户k第n个子载波的发射功率增益 ，即功控因子，满足 ST是平均比特发射功率。子载波功率分配 ，就是如何选取 的问题。MC-CDMA系统子载波功率自适应发射机广州市华泓信息科技有限公司VAVO三、 MC-CDMA子载波功率自适应分配 v 图中 gk,n表示第用户k的第n个子载波上的合并权重，取决于具体的合 并方式（如EGC/MRC/ORC/GSC等）MC-CDMA系统子载波功率自适应接收机广州市华泓信息科技有限公司VAVO三、 MC-CDMA子载波功率自适应分配 v 用户k的第i个比特的发射信号为(1)v 接收信号的第i个比特为( 2)n 用户k的延迟nn(t) 高斯白噪音，单边功率谱密度为N0n 信道功率增益 v 对用户1的第i个比特进行判决, 判决变量为(3)广州市华泓信息科技有限公司VAVODS CDMA 传统 单用户 检测广州市华泓信息科技有限公司VAVO四、多用户检测下的MC-CDMA功率自适应广州市华泓信息科技有限公司VAVOMC-CDMA性能分析广州市华泓信息科技有限公司VAVOOutlinevIntroduction vSystem Model vPerformance Analysis vNumerical results vConclusion广州市华泓信息科技有限公司VAVOIntroductionv Minimum mean square error (MMSE) detection has been shown to be an effective interference suppression technique. v However, It is very difficult to derive a closed expression for the bit error rate (BER) of the MMSE detector. v the BER evaluation of the MMSE detector for MC-CDMA were all employed simulation or Monte Carlo method in the publications.广州市华泓信息科技有限公司VAVOSystem model：transmittervWe consider an asynchronous MC-CDMA communication system that K simultaneously active mobiles communicate with a single base station (BS). v Each of the active users employs N subcarriers and binary phase-shift keying (BPSK) modulation. 广州市华泓信息科技有限公司VAVOSystem model：transmitterFig.1. Transmitter Model广州市华泓信息科技有限公司VAVOSystem model：transmitterThe transmitted signal corresponding to the ith data bit for the user k can be expressed as(1)广州市华泓信息科技有限公司VAVOSystem model: channelvFor each user, we consider a slowly varying Nakagami-m fading channel. All subcarriers are assumed to experience flat but correlated fading. vThe fading amplitude and phase shift for the nth subcarrier of user k are, respectively, Nakagami-m distributed RV with