無線通訊是現(xiàn)代通訊手段之一，在往期文章中，小編曾對智能無線通訊應用、無線通訊技術有所介紹。為增進大家對無線通訊的理解程度，本文將對無線通訊OFDM調(diào)制的實現(xiàn)原理予以介紹。如果你對無線通訊，或者對無線通訊相關知識具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

OFDM是現(xiàn)代寬帶無線通信系統(tǒng)應用的技術。為了減少高數(shù)據(jù)率OFDM系統(tǒng)中各信道間影響帶來的失真，引入循環(huán)前綴(CP)來消除碼間干擾(ISI)。它將一個IFFT包的最后部分復制到OFDM符號序列的前端。注意，CP的長度必須長于色散信道的長度以徹底消除ISI。在發(fā)射器中，OFDM調(diào)制包括快速傅立葉逆變換(IFFT)運算和CP的插入。而在OFDM接收器中，CP在數(shù)據(jù)包送往FFT解調(diào)前被移除。新一代的無線系統(tǒng)以高動態(tài)配置為標志，其中CP的長度隨著傳輸模式，幀結構(見圖1、2)以及更高級的協(xié)議而改變。例如，3GPP LTE中的CP配置每一個時隙都不同。CP的長度基于具有2048時間間隔的OFDM符號。WiMAX系統(tǒng)中可以有幾種相似而不同的CP結構。

圖1：3GPP LTE下的幀結構1，可用于TDD、FDD系統(tǒng)。

圖2：3GPP LTE下的幀結構2，可用于TDD系統(tǒng)。

下面將討論如何實現(xiàn)OFDM調(diào)制及解調(diào)中循環(huán)前綴的插入與消除。

FFT與FFT反變換：在OFDM調(diào)制中最關鍵的運算就是IFFT，相類似，OFDM解調(diào)的核心為FFT。寬帶系統(tǒng)中的高FFT吞吐率是至關重要的，尤其是在FFT被多路數(shù)據(jù)通道共享時。

在WiMAX以及3GPP LTE這類現(xiàn)代可擴展無線系統(tǒng)中，在運行中可重新配置的能力同樣成為系統(tǒng)要求的一個重要指標?？勺兞髂Ｊ较碌腇FT MegaCore函數(shù)瞄準的是可重新配置的無線通訊，是設計OFDM系統(tǒng)時的一個很好選擇。

FFT的MegaCore函數(shù)被設定為可變流模式，它允許FFT的大小和方向逐包改變。它還采用了存儲效率模式——這是FFT核的唯一模式，直接從FFT的蝶形引擎中輸出位反轉符號?？梢栽贔FT核之外結合帶有循環(huán)前綴插入的位反轉。這樣，整個OFDM調(diào)制可以節(jié)省出一個單緩沖器。

FFT模塊復用：為了減少邏輯門數(shù)，F(xiàn)FT模塊通常采用比其他基帶模塊更快的時鐘頻率并復用。FFT模塊可以被不同的源共享，譬如，多路天線、時分雙工(TDD)復用中的發(fā)射與接收，以及頻分雙工(FDD)系統(tǒng)。FFT模塊也可以與其他功能模塊共享，如振幅因數(shù)減小或信道估計模塊。不過，這些復用取決于用戶特定的算法，而非通用設計。這篇文章將集中討論最常見的無線通訊系統(tǒng)應用：如MIMO技術、TDD和FDD通信。

TDD操作：在TDD基站中，發(fā)送和接收發(fā)生在不重疊的時隙中。FFT模塊可以很容易地在采用合適的信號多路復用技術的發(fā)射機和接收機之間共享。圖3顯示一個典型的單一天線TDD OFDM調(diào)制器。

圖3：單天線TDD系統(tǒng)中OFDM調(diào)制解調(diào)的共享。

在發(fā)射數(shù)據(jù)通道中，基帶數(shù)據(jù)被直接送入IFFT模塊。為在IFFT運算后插入CP并進行位反轉操作，可以采用很多種不同的結構。圖4為一個使用Altera Avalon Streaming接口(Avalon-ST)的高效實現(xiàn)方案。IFFT輸出的位反轉信號按次序被寫入一個單緩沖器，在那里，來自上一個OFDM符號的自然順序的樣本通過雙端口RAM同時被讀出。產(chǎn)生循環(huán)前綴時，通過Avalon-ST背壓流量控制使FFT核停轉。附加了循環(huán)前綴的連續(xù)OFDM符號再被送到數(shù)字上變頻器(DUC)來傳輸。

圖4：帶背壓的循環(huán)前綴插入的高效存儲實現(xiàn)方案。

而在接收通道中，經(jīng)過數(shù)字下變頻器(DDC)后，循環(huán)前綴從OFDM符號中被移除。如圖3示，循環(huán)移除模塊找到OFDM符號序列的正確起始位置然后把數(shù)據(jù)送向FFT解調(diào)。FFT模塊后的單緩沖器只能作為接收通道中的位反轉緩沖器而沒有背壓流量控制。為了重復利用控制單元，圖3中CP的插入和移除模塊能夠區(qū)分數(shù)據(jù)包是否用來發(fā)射還是接收，并采取相應操作。在這種存儲器高效率執(zhí)行中，F(xiàn)FT核工作頻率為符號速率。一個單緩沖器足以完成循環(huán)前綴的插入和位反轉。

FDD操作：在FDD中，發(fā)送和接收是同時進行的。FFT核的共享要求其工作頻率不低于基帶符號傳輸速率的兩倍。發(fā)射和接收數(shù)據(jù)通道各需要一個專用數(shù)據(jù)緩存。

圖5描述的是FDD系統(tǒng)下FFT復用的一種可能配置。數(shù)據(jù)發(fā)送和接收通道的操作類似于TDD系統(tǒng)，其區(qū)別在于這些操作是同時進行的。因此，pre-FFT數(shù)據(jù)必須被緩存且把頻率提高到快時鐘頻率。用一個單緩沖器就足以改變速率，因為緩沖器的寫時鐘頻率總是低于或等于讀時鐘頻率。

圖5：單天線中OFDM調(diào)制解調(diào)的FFT核共享。

在當前的數(shù)據(jù)包以低時鐘速率被寫入緩沖器的時候，上一個包中的數(shù)據(jù)以高時鐘率被讀出。當讀寫操作在同一存儲位置時，需要配置雙端口RAM來輸出舊存儲內(nèi)容。FFT處理后，高速率數(shù)據(jù)經(jīng)過雙端RAM后被還原到OFDM的發(fā)送速率。這個post-FFT存儲緩沖器也作為一個位反轉緩沖器。由于速率從高到低的改變，如果需要連續(xù)碼流輸出，就需要一個雙緩沖器，即當一個FFT包被寫入緩沖器時，上一個包中的數(shù)據(jù)從另一個緩沖器被讀出。

MIMO結構設置

多天線結構是現(xiàn)代無線系統(tǒng)中的強制性需求，這些系統(tǒng)包括WLAN，WiMAX和3GPP LTE系統(tǒng)。在多輸入輸出(MIMO)系統(tǒng)中進行OFDM調(diào)制的一個很直接的操作就是復制數(shù)據(jù)通道，包括用于每一根天線的FFT核。

一種資源更友好的解決方案是共享每條天線的FFT核。為實現(xiàn)MIMO中的FFT復用，F(xiàn)FT核的頻率至少要比基帶數(shù)據(jù)傳輸速率快n倍，這里的n為天線的根數(shù)。當結合MIMO、TDD和FDD時，同一個FFT核能在兩維上被共享，代價是需要pre-FFT數(shù)據(jù)緩沖。

圖6描述的是TDD模式下一種雙天線MIMO發(fā)射器的基本配置。FFT核被兩條天線以及發(fā)送和接收器復用。循環(huán)前綴的插入和移除控制單元必須能夠用于發(fā)射和接收。由于時鐘頻率的差異，每根天線的post-FFT數(shù)據(jù)處理需要一個雙緩沖器。

圖6：雙天線MIMO TDD系統(tǒng)中OFDM調(diào)制解調(diào)的FFT核共享。

以上便是此次小編帶來的“無線通訊”相關內(nèi)容，通過本文，希望大家對無線通訊OFDM調(diào)制的實現(xiàn)原理具備一定的理解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!