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OFDM原理--保护时间和循环前缀(6)

 青山代码yyf 2025-04-03 发布于广西

1.为什么要应用保护时间和循环前缀 

在上文中介绍了通过生成信号和正弦信号发生器来生成信号两种方式,这两种生成的信号都是时域信号;不管是上述哪一种方式产生的信号其本质都是由多个正交子载波调制后叠加得来的。在(

枸歌,公众号:通信算法笔记与软件无线电实践OFDM学习--多径效应(2)

)的时候我们讨论过其通过将高速串行的信号转换为低速并行的信号可以有效的抗多径效应多径效应除了在上述文章中的影响,还有就是对子载波正交性的影响,这也是引入保护时间和循环前缀的目的。 假设现在我们接收段接收到两径的信号,其中信号中有两个子载波,并且有两个符号,于是得到下图:

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下列在第一个符号中将两径的信号画在一起方便查看:

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在上述图中,蓝色实线是接收到的第一径的子载波一的时域波形,橙色虚线则是第二径的子载波二的时域波形。图中的淡蓝色区域是第二径接收的第一个符号的周期,可以看出第二径第一个符号周期与第一径的第二个符号重叠了,造成了码间串扰)。 可以看出,在第一个接收到的符号中第二径的子载波二不是整数个周期,所以无法和第一径的子载波一正交,这个理解可以参照:[

枸歌,公众号:通信算法笔记与软件无线电实践OFDM原理--子载波间的正交(3)

]文章最后给出的两个正交条件,即:

满足子载波正交性的两个条件

  1. 两个相邻子载波之间频率间隔之外
  2. 在一个符号持续时间T内每个子载波有整数倍个周期。

从而引入子载波间干扰)。 所以为了解决上述问题(主要是码间串扰()和子载波间干扰()),我们将引入保护时间和循环前缀

什么是保护时间和循环前缀 

解决码间串扰()——保护时间

保护时间

为了消除码间串扰(),需要在符号中插入保护时间,只要保护时间大于多径时延扩展,则一个符号的多径分量不会干扰相邻的符号。 如保护时间内发送零,这种方式称为补零),如下图所示: 

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那么当接收端的符号有多个径时,以上述举两径为例,可以得到下图:

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 对于第二径中的子载波2被多径影响的部分如图中的浅紫色部分,其完全在保护时间内,所以并未对第一径的子载波1造成码间串扰。但是还有对子载波正交性的干扰()。 上述的积分区间,这原来是符号的长度,但是经过保护时间的扩展后,信号会变长,但是在解调段的时候会将其去掉,所以要保证积分区间没发生干扰就行。这里所谓的积分是前面[

枸歌,公众号:通信算法笔记与软件无线电实践OFDM原理--子载波间的正交(3)

]中的正交条件中的求积分那部分。

循环前缀

在上述我们在保护时间内补了零,这种方式称为补零),从上述讨论中也得出其多径的影响在保护时间内,所以解决了码间串扰()的问题;但是并没有解决我们的子载波间串扰()(在一个符号内的子载波周期并不是整数倍),而循环前缀就是为了解决这个问题。 在符号的保护时间内发送循环扩展信号,称为循环前缀)。循环前缀是将符号尾部的信号搬移到头部构成的,如下图:

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这样可以让一个符号周期内子载波的周期是整数倍数,解决子载波间干扰)。如下图所示:

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    可以看出在上述的积分区间中,没有出现子载波间的干扰(),其积分区间内第二径中的子载波2第一径中的子载波1都是整数倍。 还有一种循环后缀()这不经常遇到,但是原理和循环前缀一样,这里不做过多赘述。

参考文章

基本原理与介绍》 《移动通信原理(第三版上册)》 《无线通信技术及实现》

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