Demodulieren eines OFDM-Signals

Ich möchte ein OFDM-Signal dekodieren, das aus 6 Trägern (oder Tönen) besteht, die BPSK-moduliert sind, und einem Pilotton, der die Abstimmung unterstützt. Dies ist das erste Mal, dass ich mit OFDM zusammenarbeite. Ich muss also wissen, ob ich das richtig angehe.

Die Art und Weise, wie ich über das Decodieren nachdenke, besteht darin, den Pilotton zum Kalibrieren zu verwenden (da der Empfänger möglicherweise leicht verstimmt ist) und dann sechs Bandpassfilter zu verwenden, um jeden Träger zu trennen, der dann auf die übliche Weise demoduliert wird. Kann jemand irgendwelche Probleme damit sehen? oder können Sie einen besseren Weg vorschlagen, dies zu tun.

Eine der schönen Eigenschaften von OFDM ist, dass es eine sehr einfache Struktur für den Modulator und den Demodulator ermöglicht: eine Reihe von Symbolen (im Allgemeinen komplexwertig, entnommen aus einer Signalkonstellation wie BPSK, QPSK oder QAM) können abgebildet werden Für jeden Träger kann der Modulator unter Verwendung einer inversen diskreten Fourier-Transformation implementiert werden, die typischerweise unter Verwendung einer FFT implementiert wird . Jeder Satz von Symbolen (eines pro Träger) wird transformiert, um ein OFDM-Symbol zu erhalten , das dann an den Kanal gesendet wird. Die DFT-Länge wird typischerweise so gewählt, dass sie größer als die Anzahl der gewünschten Träger ist, um ein gewisses "Schutzband" in der Nähe der Nyquist-Rate des Systems zu ermöglichen.

Zusätzlich zu der obigen DFT-basierten Struktur enthalten die meisten OFDM-Systeme auch ein zyklisches Präfix , das die einfache Implementierung eines Equalizers im Frequenzbereich ermöglicht. Durch die Entzerrung kann die Verbindungsleistung in Mehrwegeumgebungen verbessert werden (z. B. in vielen Szenarien für die drahtlose Kommunikation). Es kann auch verwendet werden, um die Synchronisation zu unterstützen, wie unten beschrieben.

Die einfache Struktur überträgt sich auf den Empfänger; Eine OFDM-Wellenform kann unter Verwendung der inversen Transformation zu der am Sender verwendeten demoduliert werden, wobei die ursprünglichen Symbolwerte erhalten werden. Die inverse zur inversen DFT, die am Sender verwendet wird, ist eine "reguläre" (Vorwärts-) DFT. Daher sehen Sie häufig OFDM-Empfänger mit einem "FFT" -Block am Frontend. Die Ausgabe der Transformation enthält die Symbolwerte, die jedem der Träger zugeordnet sind, einschließlich aller nicht verwendeten, aus denen das Schutzband besteht. Der Demodulator pflückt die (komplexwertigen) Amplituden jedes der interessierenden Träger aus und leitet diese an jede weitere Decodierungslogik weiter (Entzerrung wie oben beschrieben, Kanaldecodierung, Abbildung auf Bits usw.).

Wie üblich ist die Antwort jedoch nicht ganz so einfach. Die obige Erklärung übersieht einige wichtige Punkte, die für ein praktisches System angegangen werden müssen:

• Timing-Synchronisation: Wenn Sie tatsächlich darüber nachdenken, wie Sie einen OFDM-Empfänger bauen würden, besteht eines der ersten Probleme darin, den FFT-Frame des Empfängers an den Strom eingehender Samples anzupassen. Die Synchronisation mit dem Symbol-Timing des OFDM-Signals ist erforderlich, um den FFT-Betrieb des Empfängers richtig auf den entsprechenden Zeitraum im beobachteten Abtaststrom auszurichten.

  Dies kann unter Verwendung eines korrelationsbasierten Ansatzes implementiert werden. Wie bereits erwähnt, enthalten die meisten OFDM-Wellenformen ein zyklisches Präfix, bei dem es sich um ein Schema handelt, bei dem der übertragenen Wellenform zwangsweise eine kreisförmige Periodizität hinzugefügt wird. Dies kann am Empfänger ausgenutzt werden, um ein Symbol-Timing zu erhalten; Der Zeitdetektor berechnet einfach die gleitende Autokorrelation des beobachteten Symbolstroms unter Verwendung einer Verzögerung, die der bekannten Periode zwischen dem übertragenen Signal und seiner zyklischen Kopie entspricht. Die Größe des Ergebnisses erreicht zu dem Zeitpunkt einen Spitzenwert, der dem Beginn jedes OFDM-Symbols entspricht.

• Frequenzsynchronisation:Die Feinfrequenzsynchronisation ist auch der Schlüssel zu einem robusten OFDM-Empfang, da Frequenzfehler Intercarrier-Interferenzen verursachen. Die Korrektur des Frequenzfehlers kann auch unter Verwendung des Korrelatorausgangs des Zeitsynchronisierers geschätzt werden. Wie zuvor angegeben, hat die Autokorrelation des beobachteten Stroms mit einer Verzögerung, die gleich der zyklischen Präfixverzögerung ist, zu Beginn jedes OFDM-Symbols eine große Größe. Die Phase des Korrelatorausgangs liefert ein Maß für das Ausmaß der Phasendrift im Verlauf jeder Symbolzeit. Dieses Maß für die "Phasendrift pro Zeiteinheit" kann stattdessen als Maß für die "Frequenzdrift" neu gefasst werden. Wenn der Empfänger sicher annehmen kann, dass der Frequenzfehler im Verlauf einer Symbolzeit konstant ist (was in vielen Fällen sinnvoll ist), kann der Massenfrequenzversatz vor der Berechnung der DFT entfernt werden.

Abhängig von der jeweils verwendeten Modulation können für jeden Ihrer Träger noch mehr Probleme zu lösen sein. Für den einfachen Fall von BPSK müssen Sie sich möglicherweise auch um die Phasensynchronisation kümmern, wenn Sie einen kohärenten Empfänger wünschen. Die Synchronisation von Timing und Frequenz sind jedoch die wichtigsten Implementierungsdetails, die bei der Diskussion der OFDM-Empfängerstrukturen häufig übersehen zu werden schienen.

Normalerweise wird OFDM mit FFTs demoduliert. Wenn Sie jedoch nur eine sehr geringe Anzahl von Trägern haben, können Sie möglicherweise eine kleine Anzahl von orthogonalen Quadraturdemodulatoren (1-Bin-DFTs oder Goertzel-Filter mit komplexer Ausgabe) verwenden, abhängig von der Anzahl der Träger im Vergleich zu log (n) Länge jedes DFT-Rahmens (jeder Rahmen einer Länge, bei der die Frequenz aller Träger orthogonal zueinander und zum Piloten ist).

Sie müssen auch eine Möglichkeit finden, die Decodierungsrahmen so zu synchronisieren, dass sie die Übergangszeiten der Codierungsrahmen nicht überschreiten (und auch nicht am Anfang jedes Übergangs, wenn Probleme mit mehreren Pfaden wahrscheinlicher sind).