ofdm基本原理介紹
課程目標：
● 了解ofdm的基本概念
● 了解ofdm的基本原理
● 了解ofdm技術的優缺點
● 理解ofdm的關鍵技術
● 了解ofdm在上下行鏈路中的應用
知識點無線通道傳播特性
ofdm的基本概念
ofdm的優缺點
與其他通訊通道相比，移動通道是最為複雜的一種。電波傳播的主要方式是空間波，即直射波、折射波、散射波以及它們的合成波。再加之移動臺本身的運動，使得移動臺與基站之間的無線通道多變並且難以控制。
訊號通過無線通道時，會遭受各種衰落的影響，一般來說接收訊號的功率可以表達為：
p(d) = |d|-n s(d)r(d)
其中d表示移動臺與基站的距離向量，|d|表示移動臺與基站的距離。根據上式，無線通道對訊號的影響可以分為三種：
（1） 電波中自由空間內的傳播損耗|d|-n ，也被稱作大尺度衰落，其中n一般為3～4；
（2） 陰影衰落s(d)表示由於傳播環境的地形起伏，建築物和其他障礙物對地波的阻塞或遮蔽而引起的衰落，被稱作中等尺度衰落；
（3） 多徑衰落r(d)表示由於無線電波中空間傳播會存在反射、繞射、衍射等，因此造成訊號可以經過多條路徑到達接收端，而每個訊號分量的時延、衰落和相位都不相同，因此在接收端對多個訊號的分量疊加時會造成同相增加，異相減小的現象，這也被稱作小尺度衰落。
下圖可以清晰的說明三種衰落情況。
圖 1.11 訊號在無線通道中的傳播特性
此外，由於移動臺的運動，還會使得無線通道呈現出時變性，其中一種具體表現就是會出現都卜勒頻移。自由空間的傳播損耗和陰影衰落主要影響到無線區域的覆蓋，通過合理的設計就可以消除這種不利影響。
無線電波在自由空間內傳播，其訊號功率會隨著傳播距離的增加而減小，這會對資料速率以及系統的效能帶來不利影響。最簡單的大尺度路徑損耗模型可以表示為：
其中pi表示本地平均發射訊號功率，pr表示接收功率，d是發射機與接收機之間的距離。對於典型環境來說，路徑損耗指數γ一般在2～4中選擇。由此可以得到平均的訊號雜訊比（snr）為：
其中n0是單邊雜訊功率譜密度，b是訊號頻寬，k是獨立於距離、功率和頻寬的常數，如果為保證可靠接收，要求snr ≥ snr0，其中snr0表示訊雜比門限，則路徑損耗會為位元速率帶來限制：
以及對訊號的覆蓋範圍帶來限制：
可見，如果不採用其它特殊技術，則資料的符號速率以及電波的傳播範圍都會受到很大的限制，但是在一般的蜂窩系統中，由於小區的規模相對較小，所以這種大尺度衰落對移動通訊系統的影響並不需要單獨加以考慮。
當電磁波在空間傳播受到地形起伏、高大建築物的阻擋，在這些障礙物後面會產生電磁場的陰影，造成場強中值的變化，從而引起衰落，被稱作陰影衰落。與多徑衰落相比，陰影衰落是一種巨集觀衰落，是以較大的空間尺度來衡量的，其中衰落特性符合對數正態分佈，其中接收訊號的區域性場強中值變化的幅度取決於訊號頻率和障礙物狀況。頻率較高的訊號比低頻訊號更加容易穿透障礙物，而低頻訊號比較高頻率的訊號具備更強的繞射能力。
無線移動通道的主要特徵就是多徑傳播，即接收機所接收到的訊號是通過不同的直射、反射、折射等路徑到達接收機，如下圖所示。
圖 1.12 無線訊號的多徑傳播
由於電波通過各個路徑的距離不同，因而各條路徑中發射波的到達時間、相位都不相同。不同相位的多個訊號在接收端疊加，如果同相疊加則會使訊號幅度增強，而反相疊加則會削弱訊號幅度。這樣，接收訊號的幅度將會發生急劇變化，就會產生衰落。
例如，發射端發生乙個窄脈衝訊號，則在接收端可以收到多個窄脈衝，每乙個窄脈衝的衰落和時延以及窄脈衝的個數都是不同的，對應乙個傳送脈衝訊號，下圖給出接收端所接收到的訊號情況。這樣就造成了通道的時間瀰散性（time dispersion），其中τmax被定義為最大時延擴充套件。
圖 1.13 多徑接收訊號
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