Как демодулировать сигнал OFDM

Я смотрю на декодирование сигнала OFDM, который состоит из 6 несущих (или тонов), которые модулированы BPSK, и пилот-тона, который помогает настройке. Это первый раз, когда я работал с OFDM, поэтому мне нужно знать, правильно ли я подхожу к этому.

То, как я думаю о декодировании, это использование контрольного тона для калибровки (поскольку приемник может быть слегка искажен), а затем наличие шести полосовых фильтров для разделения каждой несущей, которая затем демодулируется обычным способом. Кто-нибудь может увидеть какие-либо проблемы с этим? или вы можете предложить лучший способ сделать это.

Одной из приятных особенностей OFDM является то, что он позволяет очень простой структуре для модулятора и демодулятора: заданный набор символов (обычно комплексный, взятый из сигнального созвездия, такого как BPSK, QPSK или QAM) для отображения на Для каждой несущей модулятор может быть реализован с использованием обратного дискретного преобразования Фурье , обычно реализуемого с использованием БПФ . Каждый набор символов (по одному на каждую несущую) преобразуется для получения символа OFDM , который затем отправляется в канал. Длина DFT обычно выбирается так, чтобы она превышала количество требуемых несущих, чтобы обеспечить некоторую «защитную полосу» вблизи скорости Найквиста системы.

В дополнение к вышеупомянутой структуре на основе DFT большинство систем OFDM также включают в себя циклический префикс , который обеспечивает простую реализацию эквалайзера в частотной области. Выравнивание может обеспечить улучшенную производительность линии в многолучевых средах (например, во многих сценариях беспроводной связи). Он также может быть использован для помощи в синхронизации, как описано ниже.

Простая структура переносится на приемник; Форма волны OFDM может быть демодулирована с использованием обратного преобразования к тому, которое используется в передатчике, давая исходные значения символов. Обратное к обратному DFT, используемому в передатчике, является «обычным» (прямым) DFT. Таким образом, вы часто будете видеть приемники OFDM, изображенные с блоком «FFT» на внешнем интерфейсе. Выходные данные преобразования содержат значения символов, отображенные на каждую из несущих, включая все неиспользуемые, которые составляют защитную полосу. Демодулятор отбирает (комплексные) амплитуды каждой из несущих, представляющих интерес, и передает их в любую дальнейшую логику декодирования (выравнивание, как описано выше, декодирование канала, отображение в биты и т. Д.).

Однако, как обычно, ответ не так прост; Приведенное выше объяснение упускает из виду некоторые важные вопросы, которые необходимо решить для практической системы:

• Синхронизация по времени. Когда вы действительно думаете о том, как построить приемник OFDM, одна из первых проблем, с которыми вы столкнетесь, - это как выровнять кадр FFT приемника с потоком входящих выборок. Синхронизация с синхронизацией символов OFDM-сигнала требуется для правильного выравнивания работы FFT приемника с соответствующим периодом времени в наблюдаемом потоке выборки.

  Это может быть реализовано с использованием корреляционного подхода. Как указывалось ранее, большинство сигналов OFDM включают в себя циклический префикс, который представляет собой схему принудительного добавления некоторой циклической периодичности к передаваемому сигналу. Это может быть использовано в приемнике для получения синхронизации символов; детектор синхронизации просто вычисляет скользящую автокорреляцию наблюдаемого потока символов, используя задержку, соизмеримую с известным периодом между передаваемым сигналом и его циклической копией. Величина результата достигнет пика в момент, который соответствует началу каждого символа OFDM.

• Частота синхронизации:Точная частотная синхронизация также является ключом к устойчивому приему OFDM, поскольку ошибка частоты вызывает помехи между несущими. Коррекция погрешности частоты также может быть оценена с использованием выхода коррелятора синхронизатора синхронизации. Как указано ранее, автокорреляция наблюдаемого потока с задержкой, равной задержке циклического префикса, имеет большую величину в начале каждого символа OFDM. Фаза выходного сигнала коррелятора обеспечивает измерение величины фазового дрейфа в течение каждого символа времени. Эту меру "сдвига фазы в единицу времени" можно вместо этого преобразовать в меру "сдвига частоты". Если приемник может с уверенностью предположить, что ошибка частоты постоянна в течение времени символа (что является разумным для многих случаев), то смещение основной частоты может быть удалено перед вычислением ДПФ.

Для каждого из ваших операторов может быть еще больше проблем, в зависимости от используемой модуляции. Для простого случая BPSK вам также может понадобиться беспокоиться о фазовой синхронизации, если вам нужен когерентный приемник. Тем не менее, синхронизация времени и частоты являются ключевыми деталями реализации, которые часто казались неясными при обсуждении структур приемника OFDM.

Обычно OFDM демодулируется с использованием FFT. Но если у вас очень небольшое количество несущих, вы можете использовать небольшое количество ортогональных квадратурных демодуляторов (1-разрядные ДПФ или фильтры Гертцеля со сложным выходом), в зависимости от количества несущих и log (n). длина каждого кадра DFT (каждый кадр длины, где частоты всех несущих ортогональны друг другу и пилот-сигналу).

Вам также нужно будет найти способ синхронизации кадров декодирования, чтобы они не пересекали времена перехода кадров кодирования (или почти в самом начале каждого перехода, где более вероятны проблемы с многолучевым распространением).