带你了解DFT-S-OFDM工作原理和波形图

DFT-S-OFDM（离散傅里叶变换扩频正交频分复用）是一种数字波形，可用于通过宽RF信道传输数据。

该技术实际上是两种不同技术的结合，即离散傅里叶变换（DFT）和正交频分复用（OFDM）。它是一种用于高级无线系统的正交频分复用形式，用于降低 PAPR，使功率放大器能够更高效地运行。

DFT-S-OFDM背景

DFT-S-OFMDM 建立在基本的 OFDM 原理之上。OFDM 背后的基本思想是将可用频谱划分为多个子载波，每个子载波彼此正交。这允许多个用户在同一频带上同时传输数据而不会相互干扰。

然而，基本 OFDM 的缺点是它具有较高的峰均功率比，除非使用包络跟踪或 Doherty 放大器等技术，否则会导致功率放大器效率水平低下。

效率低下的原因是功率放大器需要在能够适应峰值的状态下运行，即使在传输较低信号电平时也是如此。

效率低下不仅会增加电力成本，尤其是对于大功率装置而言，而且对于手机等而言，由于浪费了大量电力，因此会导致电池寿命缩短。

本质上，DFT-S-OFDM 是 OFDM 的变体或发展，它使用基于 DFT 矩阵的扩展技术。与 OFDM 相比，它具有多项优势，尤其是对于各种形式的无线通信。

DFT-S-OFDM的优点：

• 降低峰均功率比，PAPR： DFT-S-OFDM 能够通过在多个子载波上分配信号能量来实现其改进的 PAPR。这样做的方式意味着峰值功率水平降低。
• 与其他方法相比降低了复杂性： 与使用众所周知难以设计的 Doherty 放大器相比，DFT-S-OFDM 使用各种形式的数字信号处理，实施起来更简单），包络跟踪或其他 PAPR 降低技术。

这些优势意味着 DFT-S-OFDM 在无线电通信数据链路的各种情况下都是非常有用的选择，其中改进的 PAPR 可以提供显着的好处。

DFT-S-OFDM原理

顾名思义，DFT-S-OFDM 以 OFDM 的基本概念为基础，以提高频谱使用效率水平为基础，同时降低峰均功率比，通常降低约 3dB 或更多。

OFDM 的基本概念是使用大量间隔很近的载波，间隔频率等于比特率的倒数。这使得边带和来自各种载波的干扰不会对其他载波造成干扰。

波形的 DFT 版本使用 DFT 矩阵在频域中扩展数据符号。这个概念是使用离散傅里叶变换将数据符号转换到频域。然后将获得的频域符号分布在子载波上。

为了进一步解释这一点，DFT 矩阵是一个 N x N 矩阵，其中 N 是 OFDM 子载波的数量。矩阵的每一行对应于一个特定的副载波，每一列对应于信号的一个特定频率分量。

数据符号的扩展过程需要 DFT 矩阵乘以频域符号。这导致时域信号分布在多个子载波上。

这个信号然后可以用与传统 OFDM 信号相同的方式传输，除了它具有较低的 PAPR。

接收器过程本质上是发送器的逆过程。首先，使用 OFDM 解调器对信号进行解调以恢复频域符号。

接下来，将解调后的数据乘以 DFT 矩阵以反转扩频过程并恢复原始数据。

DFT-S-OFDM 的缺点之一是在载波上扩展信号时，它会增加占用的带宽，尽管总体 PAPR 有所降低。

当使用 OFDM 设计无线电通信系统时，并且有可能使用 DFT-S-OFDM，则需要根据 PAPR 在数据吞吐量和带宽之间取得平衡。当需要较低的 PAPR 时，系统通常会使用 DFT-S-OFDM，而当数据吞吐量或带宽是主要考虑因素时，系统会恢复为 OFDM。

DFT-S-OFDM 应用

DFT-S-OFDM 用于许多无线应用程序，在这些应用程序中，它比以前更基本的 OFDM 实现有所改进。

• 5G 移动电话网络： DFT-S-OFDM 被用作 5G New Radio 上行链路传输的一个选项，因为与原本使用的 OFDM 实施相比，它改进了 PAPR。
• 数字广播： 另一个用途是数字广播，它已被纳入 DAB 数字广播和 DVB 电视标准。
• 电力线通信： DFT-S-OFDM 适用于建筑物内用于数据传输等的电力线通信，可提高可靠性。

尽管这些是重点应用，但还有许多其他应用，因为 DFT-S-OFDM 技术现在已广泛使用并且可以合并到各种不同的系统中。

DFT-S-OFDM 是一种有用的调制波形，它被纳入许多数据无线通信系统，包括 5G、数字广播和电力线通信以及许多其他系统。它的使用改善了 PAPR 值，使功率放大器能够更有效地运行，但这是以带宽/数据吞吐量为代价的。

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