W multipleksowaniu z ortogonalnym podziałem częstotliwości (OFDM) prefiks cykliczny (CP) jest kluczowym elementem, który służy wielu celom, przyczyniając się do efektywności i odporności systemu komunikacyjnego. OFDM jest szeroko stosowaną techniką modulacji w nowoczesnych systemach komunikacji bezprzewodowej, a włączenie cyklicznego prefiksu poprawia jej wydajność w przypadku zakłóceń kanału. Oto szczegółowe wyjaśnienia, dlaczego prefiks cykliczny jest potrzebny w OFDM:
1. Interwał ochronny w celu złagodzenia zakłóceń między symbolami (ISI):
Definicja przedrostka cyklicznego:
- Przedrostek cykliczny to przedział ochronny dołączany do symboli OFDM. Składa się z kopii końcowej części symbolu, która jest następnie dołączana na początku. Długość prefiksu cyklicznego jest zwykle wybierana tak, aby była dłuższa niż oczekiwany rozrzut opóźnienia kanału.
Łagodzenie ISI:
- Jednym z głównych celów prefiksu cyklicznego jest zwalczanie zakłóceń międzysymbolowych (ISI), które mogą wystąpić w wyniku propagacji wielościeżkowej w kanałach bezprzewodowych. Dodając odstęp ochronny, prefiks cykliczny umożliwia traktowanie opóźnionych kopii symboli jako szumu, a nie zakłóceń, skutecznie łagodząc wpływ ISI.
Selektywne zanikanie częstotliwości:
- W środowiskach, w których występuje zanik selektywny pod względem częstotliwości, różne składowe częstotliwości sygnału doświadczają różnych opóźnień. Prefiks cykliczny pomaga w obsłudze tych opóźnień, zapewniając, że opóźnione kopie symboli nie kolidują z bieżącym symbolem, zwłaszcza gdy istnieje wiele odbić lub ścieżek.
2. Uproszczenie korekcji kanałów:
Uproszczenie szacowania kanału:
- Prefiks cykliczny upraszcza proces szacowania kanału w odbiorniku. Ponieważ przedrostek cykliczny zawiera kopię końca symbolu, zapewnia znane odniesienie, które pomaga w dokładniejszym oszacowaniu charakterystyki kanału.
Upraszczanie algorytmów wyrównywania:
- Algorytmy wyrównywania, takie jak korektory wymuszające zero lub korektory minimalnego błędu średniokwadratowego (MMSE), są uproszczone dzięki obecności przedrostka cyklicznego. Znana część przedrostka cyklicznego pomaga w dostosowaniu procesu korekcji do warunków kanału.
3. Łagodzenie zakłóceń międzysymbolowych (ISI) w dziedzinie częstotliwości:
Zachowanie ortogonalności:
- OFDM opiera się na ortogonalności między podnośnymi w celu zapewnienia wydajnej transmisji danych. Przedrostek cykliczny pomaga zachować ortogonalność w dziedzinie częstotliwości, nawet w przypadku zaburzeń kanału.
Zmniejszanie zakłóceń między nośnymi (ICI):
- Prefiks cykliczny minimalizuje wpływ zakłóceń międzynośnych (ICI) spowodowanych przesunięciami Dopplera lub przesunięciami częstotliwości. Zapewnia to utrzymanie ortogonalności pomiędzy sąsiednimi podnośnymi, przyczyniając się do ogólnej niezawodności systemu OFDM.
4. Kompensacja przesunięcia częstotliwości:
Wspomagająca synchronizacja częstotliwości:
- Prefiks cykliczny pomaga w synchronizacji częstotliwości, dostarczając znaną część sygnału, która może zostać wykorzystana do oszacowania i kompensacji przesunięć częstotliwości. Ma to kluczowe znaczenie dla utrzymania dokładnego odstępu podnośnych i zapobiegania degradacji spowodowanej niewspółosiowością częstotliwości.
Wniosek:
Prefiks cykliczny jest podstawowym składnikiem systemów OFDM, rozwiązującym wyzwania związane z propagacją wielościeżkową, uszkodzeniami kanałów i przesunięciami częstotliwości. Zapewniając odstęp ochronny i pomagając w estymacji kanału, prefiks cykliczny zwiększa solidność i wydajność komunikacji OFDM, dzięki czemu dobrze nadaje się do różnych standardów komunikacji bezprzewodowej, takich jak Wi-Fi, LTE i 5G.