OFDM信号を復調する方法


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私は、BPSK変調された6つのキャリア(またはトーン)とチューニングを支援するパイロットトーンで構成されるOFDM信号のデコードを検討しています。私がOFDMを使ったのはこれが初めてなので、これを正しい方法で行っているかどうかを知る必要があります。

私がそれをデコードすることを考えている方法は、パイロットトーンを使用して(レシーバーがわずかに調整されていない可能性があるため)キャリブレーションし、次に6つのバンドパスフィルターを使用して各キャリアを分離し、通常の方法で復調します。誰もがこれで何か問題を見ることができますか?または、これを行うより良い方法を提案できますか?


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キャリアはBPSK変調されていますか?QPSKまたはQAMが使用されている可能性があります。また、通常、6つの並列チャネルでのBPSKの復調よりもOFDM復調の方が多く、サイクリックプレフィックスなどについても考慮する必要がある場合があります。 BPSK変調について知っています。
Dilip Sarwate、2011年

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回答:


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OFDMの優れた機能の1つは、変調器と復調器の非常にシンプルな構造を可能にすることです。各キャリア、変調器は、通常、FFTを使用して実装される逆離散フーリエ変換を使用して実装できます。シンボルの各セット(キャリアごとに1つ)は、OFDMシンボルを生成するために変換され、チャネルに送信されます。DFTの長さは通常、システムのナイキストレートに近い「ガードバンド」を可能にするために、必要なキャリア数よりも大きくなるように選択されます。

上記のDFTベースの構造に加えて、ほとんどのOFDMシステムにはサイクリックプレフィックスも組み込まれているため、周波数領域でイコライザーを簡単に実装できます。イコライゼーションは、マルチパス環境(たとえば、多くのワイヤレス通信シナリオ)でリンクパフォーマンスを向上させることができます。以下で説明するように、同期を支援するためにも使用できます。

シンプルな構造がレシーバーに引き継がれます。OFDM波形は、送信機で使用されるものへの逆変換を使用して復調でき、元のシンボル値を生成します。トランスミッタで使用される逆DFTの逆は、「通常の」(順方向)DFTです。したがって、フロントエンドに「FFT」ブロックが配置されたOFDMレシーバーがよく見られます。変換の出力には、ガードバンドを構成するすべての未使用のキャリアを含む、各キャリアにマッピングされたシンボル値が含まれます。復調器は、対象の各キャリアの(複素数値)振幅を取り出し、それらを任意のさらなる復号化ロジック(上記のイコライゼーション、チャネルの復号化、ビットへのマッピングなど)に渡します。

ただし、いつものように、答えはそれほど単純ではありません。上記の説明は、実用的なシステムに対処する必要があるいくつかの重要な問題を見落としています。

  • タイミング同期:実際にOFDM受信機を構築する方法について考えるとき、最初に遭遇する問題の1つは、受信機のFFTフレームを受信サンプルのストリームに合わせる方法です。OFDM信号のシンボルタイミングとの同期は、観測されたサンプルストリームの適切な期間に受信機のFFT演算を適切に合わせるために必要です。

    これは、相関ベースのアプローチを使用して実装できます。前述のように、ほとんどのOFDM波形にはサイクリックプレフィックスが含まれています。これは、送信波形に循環周期を強制的に追加する方式です。これは、受信機でシンボルタイミングを取得するために利用できます。タイミング検出器は、送信された信号とその循環コピーの間の既知の周期に見合った遅れを使用して、観測されたシンボルストリームのスライディング自己相関を単純に計算します。結果の大きさは、各OFDMシンボルの開始に対応する瞬間にピークに達します。

  • 周波数同期:周波数エラーはキャリア間干渉を引き起こすため、精確な周波数同期も堅牢なOFDM受信の鍵となります。周波数誤差の補正は、タイミングシンクロナイザーの相関器出力を使用して推定することもできます。前述のように、巡回プレフィックス遅延に等しいラグで観測されたストリームの自己相関は、各OFDMシンボルの開始時に大きな大きさを持ちます。相関器出力の位相は、各シンボル時間の経過にわたる位相ドリフトの量の測定値を提供します。この「単位時間あたりの位相ドリフト」の測定値は、代わりに「周波数ドリフト」の測定値としてリキャストできます。周波数誤差がシンボル時間にわたって一定であるとレシーバが安全に想定できる場合(多くの場合これは妥当です)、DFTを計算する前にバルク周波数オフセットを削除できます。

それぞれのキャリアで使用される変調によっては、キャリアごとに取り組むべき問題がさらに増える可能性があります。BPSKの単純なケースでは、コヒーレントレシーバーが必要な場合は、位相同期についても考慮する必要があります。ただし、タイミングと周波数の同期は、OFDMレシーバー構造の説明でよく見落とされがちな実装の詳細です。


ドップラーを紹介するまでのすべての楽しみとダンディ... :-P
スペイシー

ドップラーシフト(および周波数オフセットの他のすべてのソース)は、上記の「周波数同期」の箇条書きで話していることです。受信機で周波数オフセットを処理しないという贅沢があるケースはほとんどありません。問題への攻撃方法は、要件とシステムのトポロジによって異なる場合がありますが、問題は依然として存在します。
Jason R

私はそれを見ましたが、私が読んだ多くの文献に基づいて、ドップラー拡散は、クロックに基づく典型的な周波数オフセットよりも、OFDMの宿敵のように思われることを指摘しています。なぜそれがわからないのか。
スペイシー、

複素数値の自動相関ピークの角度は、周波数同期を微調整するためにのみ使用できると思います。より大きなシフトについてはどうですか?その点でのベストプラクティスは何ですか?孤立したパイロットトーン?すばらしい答えをありがとう!
sellibitze 2012

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通常、OFDMはFFTを使用して復調されます。ただし、キャリア数が非常に少ない場合は、キャリア数とlog(n)の数に応じて、少数の直交直交復調器(1ビンDFTまたは複素出力Goertzelフィルター)を使用できる場合があります各DFTフレームの長さ(すべてのキャリアの周波数が互いに直交する長さの各フレームとパイロット)。

また、デコードフレームを同期して、エンコードフレームの遷移時間と交差しないようにする方法を見つける必要があります(マルチパスの問題が発生する可能性が高い各遷移の最初の部分でもありません)。

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