這些天在研究ofdm,b3g的很多協議都在廣泛的使用ofdm技術,也許這是b3g到4g的協議中的乙個趨勢.隨著半導體硬體技術的不斷發展,微控制器的運輸速度越來越快,這使得很多需要硬體電路才能實現的功能逐漸被使用軟體的方法所替代.這樣的最終結果造成了一種產品中的硬體成分變少,軟體成分增加,導致產品的成本能夠有效的降低.而ofdm技術中的核心也是尋著這個思路的.
看了好多片對ofdm介紹的文章,ofdm涉及到很多數學和通訊方面的知識,比較難懂,這對基礎不好或者長時間不接觸理論知識的人來說,理解起來的確很不容易.ofdm在數字廣播,數碼電視,wifi,wimax,tle等協議中都在廣泛的使用,尤其是b3g和4g技術.只所以出現這種情況,是因為ofdm中存在很多優點.
ofdm則使用頻率正交技術,是傳輸相同資訊所占用的頻頻寬度比較少,這樣就節省了頻率資源.至於為什麼會占用較少的頻寬,後面有機會我們再來聊這事情.
另外ofdm使用了迴圈字首的方法,克服了符號間干擾(isi)和通道間干擾(ici).那麼什麼是ofdm符號呢?首先必須了解ofdm的訊號處理過程. 不同的文章中,ofdm通道的定義不一樣.我理解,在談論ici的時候,我理解就是不同的子載波.而ofdm符號,應該是指多個子載波合成到一起行的乙個序列訊號.後面有時間我們再繼續討論.
因為繪製圖形比較麻煩,有些東西我就只能用語言來描述.
一般來說,使用ofdm通訊的協議,其訊號處理大概是這樣的:
原始訊號資料-->編碼-->交織-->調製(qpsk,qam等)-->對映-->插入導頻-->串轉並-->idft(ifft)-->插入迴圈字首-->上變頻-->天線-->......射頻傳輸.......-->天線-->下變頻-->去迴圈字首-->dft(fft)-->並轉串-->去導頻-->逆對映-->解調-->去交織-->解碼-->還原資料
當然,在實際的電路中遠不止這些步驟,因為使用ofdm技術的過程中還要克服很多類似於通道時延,多徑還有其他因素造成的干擾,裡面要加入各種均衡電路來消除這些干擾.但對訊號處理的全過程有個比較清晰的認識對理解ofdm的通訊原理至關重要.
原始訊號資料要經過各種編碼(turbo,卷積碼等等),其目的是為了在接收端解碼後能夠計算訊號處理的整個過程中是否有錯誤存在,並且好的編碼在一定程度上能夠將錯誤糾正過來.
接下來就是交織,交織包括位交織和塊交織,所謂的交織就是把不同的資料按照一定的順序進行顛倒,交換位置,這樣在接收端去交織後繼,再把資料按相反的過程進行顛倒,交換位置.這樣的目的是為了把傳送過程中瞬時間造成的錯誤分散到不同的資料塊中.打個比方說,就是不把所有的雞蛋放到同乙個籃子中.一旦錯誤被分散後,通過解碼的校驗糾錯能力,就能夠在一定程度上恢復一些錯誤資料.
調製對於通訊愛好者來說,應該是個不陌生的東西.ofdm中的調整與傳統的協議中的調製不太一樣.一般來說,在傳統的調整過程中,調製一般是把基帶的訊號載入到中頻或者射頻訊號上的過程.但使用ofdm的協議中,一般調製過程都是在基帶中進行,調製和對映結合到一起,形成了類似於星座圖中描述的複數訊號,這些複數訊號的存在也是i/q訊號存在的原因.本來複數的表示就是a+jb的形式,也就是i/q訊號.這樣就把二進位制數對映為複數資料,以便在後面進行進一步的處理.
資料的訊號經過調整和對映後,我們就可以通過裝置看到星座圖了.之所以形成星座圖,其實也就是複數在座標中的表示.
插入導頻訊號,導頻訊號我理解也是複數的形式.導頻訊號和資料的複數一起組成了後面用來計算的資料.它的作用是用來進行通道估計的.後面再解釋通道估計是幹什麼用的.因為導頻訊號是和資料的復數值不同,所以經過導頻訊號後,我們是可以看到多出來的幾個星座圖中的星星.
在下來呢,就是串轉並,所謂的串轉並,就是把序列的複數訊號分配到時域中去.並行的是一種可以理解為載頻的訊號.這些載頻的頻率是有一定規律的.其規律不太好描述,我們通過下面的圖形可以理解一下
注意這個圖形的橫軸是頻率,這樣的一組載頻,每個載頻的距離是相等的,每個載頻的頻寬的一半都與下乙個載頻重疊.假設它們的頻率分別是f1,f2,f3......fn.那麼他們是等距的.所謂的串轉並就是把每個複數逐個的分配到這些頻率點上.因為資料此時已經是複數,所以分成i/q兩路分別分配到載頻的cos,sin兩路上去.其實ofdm的奧秘也就在這裡.資料的複數,i/q兩路分別控制自己所在的載頻的幅度.那麼每路載頻的頂峰承載找i/q複數訊號的幅度資訊,在解調的時候,將幅度資訊取出便可以恢復原來的復數值.
串轉並,把對映的複數訊號調製不同的子載頻上去.這是一種數學上的運用,我們可以這樣去理解,其實也只是個數**算的過程.這時我們看成是訊號載入到不同的諧波上,很象是一堆頻域上的訊號.
實際的射頻訊號不可能是很多路子載頻同時發射出去,懂射頻的人應該理解這一點,硬體上根本是無法實現的.我們最終的發射應該是乙個載頻.這個載頻其實是乙個很寬頻帶的載頻.也就是說,最終還要把眾多的窄帶的子載頻合併到乙個很寬的時域訊號上去.也就是說,把並行的訊號再次合併成乙個時域的序列訊號,而這個過程正好與頻域到時域轉換的數學演算法是一致的,也就是一種反傅利葉變換的演算法(idft),那麼快速反傅利葉變換就是ifft.
ifft每一次處理指定數量的碼元,我們可以想象每個子載頻上帶有乙個碼元,那麼ifft每次處理的碼元數量應該是子載頻的數量.那麼這些並行的碼元經過ifft處理後就變成了時域上的序列訊號.ifft每次處理的碼元一般會被稱為乙個block,或者成為乙個ofdm符號.這個概念要在了解ofdm的時候應該了解的.
為了解決每乙個block的同步或者說抵抗多徑的干擾,在每個ofdm符號之間要插入一段保護.這些保護時間時間上並不是空的,而是把乙個符號的後面的一部分拷貝一下放在前面做為保護.這個保護被稱為保護字首.這個保護用的迴圈嵌綴是用來防止多徑等造成的碼間干擾用的.其原理在後面有時間的時間再慢慢的把我的理解講述一下.
在後面就是上變頻,提公升頻率到射頻,再把訊號傳送出去.接收的一側就是乙個相反的過程.後面有時間慢慢聊.
對於ofdm又有了一下理解.發現前面理解的可能有些是錯誤的,當然這也不能怪我,實在是有些文件說得不清楚把我引入了歧途.我其實很了解國人的技術心理狀態,即要顯示自己是專家,又要不把別人講明白,很正常.不過,這種文章最終只能把笨人和懶人引入歧途,而聰明和勤奮的人最終會從陷阱裡爬出來的.
起初我以為這個從編碼到串轉並的過程就是ifft的過程,怪
我才疏學淺.後來認真研究下去,才知道其實下面的並轉串的過程才是ifft的過程.後來才知道,其實是多個子載波合成為乙個時域訊號的過程只是是ifft的開始訊號..
當然,也並不是那麼簡單.符號的概念也是可以有兩個地方可以稱為符號,大概一般人都這樣理解吧,時間這兩個符號的內容是不同的.例如,每個子載波上所帶的乙個訊號就稱為乙個符號,那麼這個並轉串的過程形成了下面的訊號形式:
也就是形成了x(t)訊號.那麼對x(t)進行取樣,就形成了等間隔的x(n).而這個x(n).這個過程相當於是離散的頻域訊號到離散的時域訊號的變換過程,x(t)->x(n)的取樣其中在發射的時候並沒有使用真正的抽菸,而是通過下面的公式計算出了x(n).
這個過程也就是子載波到x(n)的過程正好就是反傅利葉變換的計算過程.那麼形成的x(n)是時域上的一串取樣數,每乙個取樣的值又可以被稱為乙個符號.
所以符號也是一些書中容易混的概念,在不同的地方有不同的理解,大家要注意才是.
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OFDM學習理解。
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