OFDM 신호를 복조하는 방법


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BPSK 변조 된 6 개의 반송파 (또는 톤)와 튜닝을 지원하는 파일럿 톤으로 구성된 OFDM 신호를 디코딩하려고합니다. 이것이 OFDM을 사용한 첫 번째 사례이므로 올바른 방식으로 접근하고 있는지 알아야합니다.

내가 그것을 디코딩하려고 생각하는 방법은 파일럿 톤을 사용하여 교정 (수신기가 약간 잘못 조정되었을 수 있음) 한 다음 6 개의 대역 통과 필터를 사용하여 각 반송파를 분리 한 다음 일반적인 방식으로 복조하는 것입니다. 누구든지 이것에 문제가 있습니까? 또는 더 나은 방법을 제안 할 수 있습니까?


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이동 통신사에서 BPSK 변조가 확실합니까? QPSK 또는 QAM이 사용 중일 수 있습니다. 또한, 일반적으로 6 개의 병렬 채널에서 BPSK의 복조보다 OFDM 복조에 더 많은 것이 있으며, 주기적 접두사 등과 같은 것들에 대해 염려해야 할 수도 있습니다. BPSK 변조에 대해 알고 있어야합니다.
Dilip Sarwate

답변:


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OFDM의 장점 중 하나는 변조기 및 복조기에 대한 매우 간단한 구조를 허용한다는 것입니다. 각각의 반송파에서, 변조기는 일반적으로 FFT를 사용하여 구현 되는 역 이산 푸리에 변환을 사용하여 구현 될 수있다 . 각각의 심벌 세트 (캐리어 당 하나)는 OFDM 심벌 을 생성하도록 변환 되어, 채널로 전송된다. DFT 길이는 전형적으로 시스템 나이 퀴 스트 레이트 근처에서 "가드 밴드"를 허용하기 위해 원하는 캐리어의 수보다 더 크게 선택 될 것이다.

위의 DFT 기반 구조 외에도 대부분의 OFDM 시스템에는 은 주파수 영역에서 이퀄라이저의 간단한 구현을 허용 순환 프리픽스 (cyclic prefix )를 . 이퀄라이제이션은 다중 경로 환경 (예 : 많은 무선 통신 시나리오)에서 향상된 링크 성능을 제공 할 수 있습니다. 아래 설명과 같이 동기화를 지원하는 데에도 사용할 수 있습니다.

간단한 구조는 수신기로 전달됩니다. OFDM 파형은 송신기에서 사용 된 것과 역변환을 이용하여 복조되어 원래의 심볼 값을 산출 할 수있다. 송신기에서 사용되는 역 DFT에 대한 역은 "일반"(정방향) DFT입니다. 따라서 종종 프런트 엔드에 "FFT"블록이있는 OFDM 수신기가 표시됩니다. 변환의 출력에는 보호 대역을 구성하는 사용되지 않은 모든 것을 포함하여 각 반송파에 매핑 된 심볼 값이 포함됩니다. 복조기는 관심있는 각각의 반송파의 (복합 값) 진폭을 뽑아 내고, 이들을 임의의 추가 디코딩 로직 (상기 기술 된 바와 같은 이퀄라이제이션, 채널 디코딩, 비트에 매핑 등)으로 전달한다.

그러나 평소와 같이 대답은 그렇게 간단하지 않습니다. 위의 설명은 실제 시스템에 대해 해결해야 할 몇 가지 중요한 문제를 간과합니다.

  • 타이밍 동기화 : 실제로 OFDM 수신기를 구축하는 방법에 대해 생각할 때 가장 먼저 겪게 될 문제 중 하나는 수신기의 FFT 프레임을 수신 샘플 스트림과 정렬하는 방법입니다. 관찰 된 샘플 스트림에서 수신기의 FFT 동작을 적절한 시간주기에 적절히 정렬하기 위해서는 OFDM 신호의 심볼 타이밍과의 동기화가 필요하다.

    이것은 상관 기반 접근법을 사용하여 구현할 수 있습니다. 전술 한 바와 같이, 대부분의 OFDM 파형은 순환 프리픽스 (cyclic prefix)를 포함하는데, 이는 순환 파형에 약간의 원형 주기성을 강제적으로 추가하는 방식이다. 이것은 심볼 타이밍을 얻기 위해 수신기에서 이용 될 수있다; 타이밍 검출기는 단순히 전송 된 신호와 그것의 주기적 사본 사이의 알려진주기에 상응하는 지연을 사용하여 관찰 된 심볼 스트림의 슬라이딩 자기 상관을 계산한다. 결과의 크기는 각각의 OFDM 심볼의 시작에 대응하는 순간에 피크에 도달 할 것이다.

  • 주파수 동기화 :주파수 오류로 인해 반송파 간섭이 발생하기 때문에 강력한 OFDM 수신을 위해서는 정밀한 주파수 동기화가 중요합니다. 주파수 동기화 보정은 타이밍 동기화 기의 상관기 출력을 사용하여 추정 할 수도 있습니다. 전술 한 바와 같이, 사이 클릭 프리픽스 지연과 동일한 지연에서 관측 된 스트림의 자기 상관은 각 OFDM 심볼의 시작에서 큰 크기를 갖는다. 상관기 출력의 위상은 각 심볼 시간 동안 위상 드리프트의 양을 측정합니다. "단위 시간당 위상 드리프트"측정 값은 대신 "주파수 드리프트"측정 값으로 다시 변환 할 수 있습니다. 수신기가 심볼 시간 동안 주파수 에러가 일정하다고 안전하게 가정 할 수 있다면 (많은 경우에 합리적인) DFT를 계산하기 전에 벌크 주파수 오프셋을 제거 할 수있다.

각각에 사용 된 변조에 따라 각 반송파에 대해 해결해야 할 문제가 더있을 수 있습니다. 간단한 BPSK의 경우 코 히어 런트 수신기를 원할 경우 위상 동기화에 대해 걱정해야 할 수도 있습니다. 그러나, 타이밍 및 주파수의 동기화는 OFDM 수신기 구조에 대한 논의에서 종종 선호되는 주요 구현 세부 사항이다.


우리가 도플러를 소개 할 때까지 그것의 모든 재미와 멋쟁이 ... :-P
Spacey

도플러 편이 (및 다른 모든 주파수 오프셋 소스)는 위의 "주파수 동기화"글 머리표에서 설명하고 있습니다. 수신기에서 주파수 오프셋을 처리하지 않는 고급스런 경우는 거의 없습니다. 문제를 공격하는 방법은 요구 사항과 시스템 토폴로지에 따라 다를 수 있지만 여전히 문제가 있습니다.
Jason R

나는 그것을 보았지만, 내가 읽은 많은 문헌을 바탕으로 도플러 확산은 클럭을 기반으로 한 전형적인 freq 오프셋보다 OFDM의 Nemesis 인 것처럼 보입니다. 왜 내가 몰라
Spacey

복소수 자동 상관 피크의 각도는 주파수 동기화를 미세 조정하는 데만 사용할 수있을 것으로 기대합니다. 더 큰 교대는 어떻습니까? 이와 관련하여 모범 사례는 무엇입니까? 고립 된 파일럿 톤? 큰 답변 주셔서 감사합니다!
sellibitze

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일반적으로 OFDM은 FFT를 사용하여 복조됩니다. 그러나 반송파 수가 매우 적은 경우 반송파 수 대 log (n)에 따라 소수의 직교 구적 복조기 (1-bin DFT 또는 복잡한 출력 Goertzel 필터)를 사용할 수 있습니다. 각 DFT 프레임의 길이 (모든 캐리어의 주파수가 서로 직교하는 길이의 각 프레임 및 파일럿).

또한 인코딩 프레임 전환 시간을 넘지 않도록 디코딩 프레임을 동기화 할 수있는 방법을 찾아야합니다 (다중 경로 문제가 발생할 가능성이 높은 각 전환의 시작 부분과 거의 다름).

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