宽带OFDM传输接收机系统EDA设计201402

• 循环位移特性
DFT X (k ) if x(n) IDFT
x(n m) X ( k )e
DFT
j
2 km N
X (k l ) x ( n )e
IDFT
j
2 nl N
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 14/16
16 通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 15/16
• Power spectrum of OFDM signal
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 16/16
• Why OFDM
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part2 OFDM系统结构和关键技术
– Exhibits High Peak to Average Power Ratio
– Sensitive to High Frequency Phase Noise
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 6/16
• Continuous time OFDM
8
通信抗干扰技术国家级重点实验室
– Reduce Inter-Symbol Interference (ISI)
– Simple frequency domain equalizer
– Fighting multipath fading
– An old idea since 1960s
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Part1 OFDM技术原理 2/16
s(t ) sk e
k 0 N 1 j 2 f k t
sk g k (t ), for 0 t Ts and f k f 0 k f
k 0
N 1
• Discrete time OFDM modulated signal
N 1 j 2 f k nTs S (n) s( ) sk e N k 0 nTs N
– Almost ISI free
5 通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 4/16
• OFDM Advantages – Efficiently Deals With Multi-path Fading – Efficiently Deals With Channel Delay Spread
( A, B, C , D, A, B, C , D, A, B, C , D)
• 时域/频域信号填充零 == 频域/时域信号内插
DFT if (a, b, c, d ) ( A, B, C , D) DFT (a, b, c, d , 0, 0, 0, 0) ( A, A ', B, B ', C , C ', D, D ') IDFT ( A, B, C , D, 0, 0, 0, 0) (a, a ', b, b ', c, c ', d , d ')
– Enhanced Channel Capacity
– Adaptively Modifies Modulation Density
– Robustness to Narrowband Interference
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 5/16
• OFDM Disadvantages – Sensitive to Sampling Clock Offsets – Sensitive to Small Carrier Frequency Offsets
通信抗干扰技术国家级重点实验室
OFDM系统结构和关键技术 8/18
• Effect of symbol timing error – in CP
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
OFDM系统结构和关键技术 9/18
• Effect of symbol timing error – out CP
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subcarrier
– Two kind of reduction approach
• Signal distortion, such as clipping with increased BER • Signal precoding, BER remains unchanged
22 通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 7/16
• Orthogonality – In fact, just about power
gk , gl gk (t ) gk (t )dt
0
Ts
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 8/16
• Continuous time OFDM modulated signal
error (BER)
– Optimum pilot-tone allocation
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OFDM系统结构和关键技术 17/18
• Pilot-based Channel Estimation
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OFDM系统结构和关键技术 18/18
• Pilot allocation
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OFDM系统结构和关键技术 10/18
• Frequency Synchronization
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OFDM系统结构和关键技术 11/18
• Inter-Carrier-Interference (ICI)
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
– It reduced efficiency of the RF power
amplifier
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
OFDM系统结构和关键技术 4/18
• PAPR reduction techniques – The PAPR of an MPSK OFDM signal is always less than or equal to the number of
宽带OFDM传输接收机系统EDA设计
电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室
Outlines
1
OFDM 技术原理
2
OFDM系统和关键技术
3
RTL协同仿真测试技术
4
2
本实验的设计任务
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Part1 OFDM技术原理
• OFDM
– Orthogonal Frequency Division Multiplexing – Multi-carrier Transmission
when f0=0, then fkTs=k
S (n) sk e
k 0 N 1 j 2 kn N
IDFT sk
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Part1 OFDM技术原理 9/16
• Discrete time OFDM
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 10/16
• Why cyclic prefix and suffix
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 13/16
• About DFT/IDFT
DFT X k X 1 , X 2 ,..., X N 1 xn x1 , x2 ,..., xN 1 IDFT
• To deal with delay spread of wireless channels
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
Part1 OFDM技术原理 11/16
• OFDM signal with cyclic prefix and suffix
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Part1 OFDM技术原理 12/16
OFDM系统结构和关键技术 5/18
• Clipping
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
OFDM系统结构和关键技术 6/18
• Synchronization Problem
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OFDM系统结构和关键技术 7/18
• Time Synchronization
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OFDM系统结构和关键技术 12/18
• Synchronization Techniques – Pilot (Training Sequences) based • Lower the achievable data rate – Blind Synchronization • Using cyclostationarity in OFDM signal • Computational costly – Cyclic-prefix Based • CP is used to remove multipath effect • Efficient as no pilot symbols are required
4
max Ts ISI
max TOFDM no ISI
– Simple frequency domain equalizer
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Part1 OFDM技术原理 3/16
• Example
– Data Rate 10Mbps
– BPSK modulation => Bandwidth = 10 MHz – Multipath channel with maximum delay 10us
• Single-carrier
– Symbol duration : T= 0.1us = τ max/100 – ISI extends over 100 symbols
• Multi-carrier
– Large number of subcarrier : N = 1000
– OFDM symbol duration : T = 100us = 10τ max
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
OFDM系统结构和关键技术 15/18
• CP-based and Pilot synchronization Steps
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
OFDM系统结构和关键技术 16/18
• Channel Estimation – wireless channel – CP-based delay-spread estimation – Theoretical evaluation of probability of
• OFDM System
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
OFDM系统结构和关键技术 2/18
• Key techniques – PAPR – Synchronization
– Channel estimation
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通信抗干扰技术国家级重点实验室
OFDM系统结构和关键技术 3/18
• The problem of PAPR – increased complexity of the AD and DA converters
通信抗干扰技术/18
• CP-based time and frequency synchronization
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OFDM系统结构和关键技术 14/18
• Time and Frequency Estimations
• 时域/频域信号插零 == 频域/时域信号重复
DFT if (a, b, c, d ) ( A, B, C , D) DFT (a, 0, b, 0, c, 0, d , 0) ( A, B, C , D, A, B, C , D) IDFT ( A, 0, B, 0, C , 0, D, 0) (a, b, c, d , a, b, c, d ) DFT (a, 0, 0, b, 0, 0, c, 0, 0, d , 0, 0)
• Advantage of Multi-carrier Transmission
• Serial Transmission – Single Carrier –
– Complex time domain equalizer
• Parallel Transmission – Multi-Carrier –