不同抗多径技术的原理与比较(5)

2019-04-09 20:11

OFDM系统与单载波频域线性均衡系统的主要差别在于IFFT模块的位置和作用: 在OFDM系统中IFFT模块位于发射端,作用是将数据复用到并行的子载波上。而在单载波频域均衡系统中,IFFT模块位于接收端,作用是将经过均衡的信号变换回时域。对于相同的FFT长度,二者的信号处理复杂度相同。[7]

在抗频率选择性衰落的机理上,OFDM 是发端并行传输,收端并行处理,降低符号速率降低从而减小了相对时延扩展,适合于多径时延扩展很严重的频率选择性衰落信道;单载波频域均衡系统是发端串行传输,收端并行处理,发射的符号速率并没有降低,没有改变相对时延扩展,适合于多径时延扩展不是很严重的信道。单载波频域均衡系统通过增加均衡器阶数来补偿由于频率选择性衰落造成的ISI,但是这种均衡器的复杂度并不像传统的时域均衡器那样随着时延扩展的增加而线性上升,由于巧妙利用了信道矩阵在频域呈现的对角特性以及FFT的快速算法,频域线性均衡器的复杂度随着时延扩展的增加仅仅以对数律增加。

单载波频域均衡与OFDM的峰均比对比

与 OFDM系统相比,单载波频域均衡系统由于不存在多个载波,因此大大优于多个独立子载波叠加的OFDM系统。

表1给出了相应的峰均比结果对比,其中N?64,Ng?16。 表1 峰均比对比结果

调制方式PSK16QAM64QAMAmax1?x211042PAROFDM18.06dB20.61dB21.74dBPARSC0.97dB3.52dB4.65dBPAROFDM/PARSC17.09dB17.09dB17.09dB3272 可以看到 ,即使在PSK调制方式下,OFDM系统的峰均比仍然达到18dB,而单载波系统仅仅在1dB左右;在16QAM调制方式下,OFDM的峰均比更是超过20dB,而单载波系统仅仅在3.5dB左右。单载波频域均衡系统的峰均比相比OFDM系统有极大的改善。

1.2.4 单载波频域均衡与OFDM对载波频偏和相位噪声的敏感度对比

单载波频域均衡系统对于相位噪声和载波频偏的敏感度也低于OFDM系统。

这是由于在OFDM系统中,相位噪声和载波频偏的影响有两个效果:第一,破坏了各个子载波之间的正交性,从而产生子载波间干扰ICI,第二,作为乘性干扰降低了信号的幅度。而在单载波系统中,相位噪声和载波频偏只是作为一种乘性噪声存在,并不产生符号间干扰。比较二者对相位噪声、载波频偏的敏感度。 在存在载波频偏和相位噪声的情况下,信噪比定义为:

SNR?E02N0?V0Es (16)

其中,V0是由于载波频偏和相位噪声引入的干扰项。 由于载波频偏引起的信噪比的损失量定义为:

??E2SNR0D??10lg()??10lg?Es/N0?1?Es?N0???E???10lgE02?10lg(1?V0s) (17)

N?0??其中,上式中第一项表示载波频偏和相位噪声相当于一种乘性噪声导致信号幅度的降低,第二项表示由于额外的噪声项和ICI的综合效果。

对于OFDM系统合单载波系统,由于载波频偏引起的信噪比损失分别为:

OFDMDCFO10??N?f?Es? (18) ??3ln10?fs?N022SCDCFO10???f??(19) ?? 3ln10?fs?其中,?f为载波频偏,fs为符号速率,f0??f/fs定义为相对频偏。

由式(92)和 (93)可以看到,由于载波频偏引起的信噪比损失电平值均与相对频偏的平方成正比。对于OFDM系统,信噪比损失还与N2及

Es成正比。N0N2EsOFDM系统的信噪比损失dB值是单载波系统的倍。因此,OFDM系统对载波

N0频偏很敏感。

下面讨论相位噪声的影响,相位噪声?(t)通常建模为Wiener过程,

E[?(t)]?0 (20)

E[?(t?t0)??(t0)]?4??t (21)

其中,?[Hz]为载波发生器的Lorentzian功率谱密度的单边3dB带宽。 对于OFDM系统和单载波系统,由于相位噪声引起的损失分别为:

OFDMDPN?1011?4?N??ln1060?fs?Es (22) ??N0SCDPN?101?4???ln1060?fs?Es (23) ?N?0由式(22)和(23)可以看到,由于相位噪声引起的信噪比损失电平值均与?和

Es成正比。对于OFDM系统,信噪比损失还与N成正比。OFDM系统的信噪比损N0失的dB值是单载波系统的11N倍。

从以上的讨论可以看到,无论是载波频偏的影响还是相位噪声的影响,OFDM 系统的敏感度都大大高于单载波系统。反映在实际系统中,单载波系统对于同步精度的要求远远低于OFDM系统。这是由于在OFDM系统中,(20)式中的第二项包含V0的部分起主导作用,也就是产生严重的ICI,而在单载波系统中,V0?0,相位噪声和载波频偏只是作为一种乘性噪声存在,并不产生符号间干扰,因此信噪比损失远远小于OFDM系统。 总结:

归纳起来,单载波频域均衡技术具有以下优点: 1)峰均比低,因此不需要采用昂贵的线性放大器;

2)对载波频偏和相位噪声敏感度大大低于OFDM系统,降低了对同步精度的要求;

3)基于频域线性均衡的单载波接收机复杂度与OFDM相同,均与时延扩展的对数成正比。

五.参考文献

[1]崔璐 李兵兵 单载波频域均衡技术的研究 2009

[2] 周猛, 凃国, 周建明. 降低 OFDM 系统峰均功率比的方法[J], 通信学报, 2008, 29(7):124-129. 【3】H. Yang. A road to future broadband wireless access; MIMO-OFDM-Based air interface. IEEE Communications Magazine, vol. 23, no. 1, pp. 53-60. Jan. 2005.

【4】刘杨 山东大学 信息与工程专业 基于循环前缀的单载波直接学列扩频技术(DS/CDMA)

[5] 刘谦雷 杨绿溪 东南大学无线电工程系 单载波频域均衡与多载波OFDM误码性能的理论比较

[6]王竞 葛万成 单载波频域均衡SC/FDE与多载波OFDM的性能比较


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