1、OFDM技术基本原理 n OFDM是一种特殊的多 载波传输方案，它通过 串并转换将高速数据流 分配到若干并行的低速 子信道中进行传输 n 并行多载波传输对抗频 率选择性衰落的性能比 串行传输要强, 对抗ISI 的能力比串行传输要强 2.1 OFDM基本原理 Modulation and Demodulation in an OFDM System P/S + ChannelS/P OFDM正交子载波 Time-Frequency View 优点1：抗多径衰落 优点3： Mitigate burst noise 优点4：高的频谱利用率 Frequency FDM Frequency saving
2、 spectral OFDM 优点4：高的频谱利用率 传统的单载波系统： 假设M进制调制，单载波，符号周期为T 频带带宽： Bit传输速率： 频谱利用率： 优点4：高的频谱利用率 OFDM系统： 假设M进制调制，N个子载波，符号周期为T， 则1个OFDM符号周期为NT 子载波间隔为：1/NT 总的信号带宽为：W=（N+1）/NT 比特传输速率： 利用率： 缺点： 对频率偏移敏感，同步要求高 （后面解 释） 高的峰均值平均功率比：OFDM信号是 大量独立同分布的子载波信号的叠加的 结果，按中心极限定理，其信号幅度近 似为高斯分布，因此具有较大的峰均值 平均功率比 OFDM系统典型的收发机框图 n
3、 DFT的实现 DFT&IDFT OFDM符号表示： 2.2 OFDM的关键技术 N子载波数；TOFDM符号持续时间； 是分配给每个信道的数据符号；f i是第i个子载波的频率 K=0 等效基带形式： OFDM信号的实现 IDFT s(t)的实部和虚部分别对应OFDM符号的同相I和正交Q分量，与相应 子载波cos分量和sin分量相乘。 对应的离散信号为： Ts 为采样间隔，它等于基带符号的符号间隔或符号周期，满足 IDFT OFDM 符号的解调-DFT 对第k个子载波进行解调时（模拟基带） ： 对应的数字基带操作 (思考：1/N与DSP 上定义的差别) 时域OFDM符号 正交函数特性 n 根据以
4、上分析，OFDM系统的调制解调可以分别由IDFT和 DFT实现。通过N点的IDFT把频域数据符号转换为时域号， 经射频载波调制后发送到无线信道中。 n 实际运用中，常采用IFFT/FFT代替IDFT/DFT进行调制，可 以显著降低运算复杂度。对于N非常大的OFDM，可进一步 用基-4IFFT算法来实施傅里叶变换。 DFT的实现 GI, Why? With out GI: ISI OFDM1OFDM2 OFDM1OFDM2 为了最大限度的消除码间干扰，在每个符号之间插入保护间隔 (GI),只要保护间隔长度大于信道的最大时延就可以完全消除码 间干扰。这段保护间隔内可以不插任何信号，即为空白传输段。
5、 GI(续) DataGI DataGI Delayed path n由于多径传播的影响，子载波间不再保持正交，从而产生ICI, 因为FFT积 分区间内，延迟的SC2不具有整数倍的周期 GI(续) Guard Interval ICI of SC2 on SC1 FFT Integral Time Subcarrier1 Delayed Subcarrier2 n 为了减小ICI，保护间 不能是空白时段，OFDM 可以在这段时间内发送循 环扩展信号称为循环前缀 （CP）。 n 加入CP后，只要CP最 大时延，OFDM延时部 分 包含的子载波周期数也为 整数，不会在解调过程中 产生ICI。 循环
6、前缀(Cyclic Prefix) SC2 with delay SC2 without delay Cyclic Prefix illustration TG T To 子载波数的选择 n 在信号占用总频带不变且数字调制方法不变的情况下，当 子载波数即并行信道数越多时，信息的传输速率越高，且 其对于频率选择性衰落的承受能力更强。 n 但同时其对时间选择性衰弱更敏感，表现为对同步，特别 是载波同步的要求非常的高，因为此时每个子载波的信道 变窄了。 n 随着子载波数的增加，子载波间的频率间隔也相对减少, 由 信道多普勒扩展而引入的频偏将导致越来越大的ICI, 同时 随 着载波数的上升，系统对于F
7、FT以及IFFT模块的要求会不断 提高。 加窗技术(Windowing) n右图是子载波数分别为16 、64、256时的归一化(归一 化频率为fT=fNTs) OFDM功 率谱。其带外功率谱密度 衰减比较慢，即带外辐射 功率比较大，随着子载波 数量的增加，由于每个子 载波功率谱密度主瓣和旁 瓣变窄，故OFDM符号功率 谱密度的下降速度会增加 ，但即使在256个子载波时 40dB的带宽仍会是3dB 带宽的4倍 n 将OFDM符号与升余弦窗函数在时域相乘，使得系统带宽之 外的功率可以快速下降。常采用的升余弦窗函数定义如下： To表示加窗前的符号周期，加窗后符号周期变为(1+)To。 加窗技术(Wi
8、ndowing) 经过加窗处理后的OFDM符号 加窗技术(Windowing) T 加窗技术(Windowing) 加升余弦窗可以减小OFDM符号带外辐射 增大滚降系数，带外辐射功率下降越快（P31 Fig.2.20） 增大滚降系数（滚降带的宽度越宽），会降低 OFDM符号对时延扩展的容忍程度 因为加窗可能使非恒定部分落到FFT时间段，使FFT 时间段幅度非恒定，破坏子载波间正交性，引入ICI 。同时前一符号的功率也泄露道后面OFDM符号的 数据段，引入了ISI RF调制 n OFDM调制器的输出产生了一个基带信号，将此基带信号与 所需传输的频率进行混频操作，应用如下图所示的模拟技术 或数字上
9、变频器可完成。数字调制技术更加精确。 OFDM基本参数的选择 nOFDM参数的选择就是要在各种要求和冲突中进行折中考虑 。一般首先要确定OFDM的三个基本参数：带宽（Bandwidth ）、比特率（Bit Rate）及保护间隔（Guard Interval）。 n保护间隔按惯例取信道时延扩展均方根值的24倍。 nOFDM符号的数据周期一般选取GI长度的5倍。一方面，为 减少插入保护比特带来的信噪比损失，数据符号周期要远远大 于GI长度；另一方面，数据符号周期过大，导致子载波数增多 ，加大系统PAR和对频率偏差的敏感度。 n信道所传输的比特速率由调制类型、编码速率和符号速率来 确定。 n系统子载
10、波数N，每个子载波占用的带宽1/NTs，系统带宽 B=1/Ts，循环前缀长度NG，均为重要的设计参量。 nCP长度应为OFDM符号的一小部分，以减小由于CP引入带来 的系统功率损失。由于CP长度直接与信道的最大时延扩展max 有关，通常OFDM符号度NTs max，即子载波数NmaxB 。 n子载波间隔1/NT比最大多普勒频率fd大得多时，系统对多普 勒扩展和由此产生的ICI相对不敏感。所以，子载波数应满足 fd1/NTs，即NB/ fd。 n于是，子载波数约束条件：maxBNB/ fd OFDM基本参数的选择 OFDM系统设计举例 Bit Rate: 25Mbit/s Tolerable d
11、elay spread: 200ns Bandwidth: 2Wb no ISI 这是英国人在南京条约中把上述地区作为通商口岸的理由。这反映了英国发动鸦片战争的目的是（ ）向中国倾销鸦片 掠夺中国原料向中国输出资本 打开中国市场A B C D25历史上有些时期，国家制度发生重大变化，可以称为“大变局”。下列有关历史发展的叙述中，哪些可称为国家制度发生重大变化的“大变局？”（ ）商周之际，王国变为封建 周秦之际，封建变为郡县三国时代，统化学因素的职业接触限值 李涛 中国疾病预防控制中心 职业卫生与中毒控制所 1 基本内容 1.什么是职业接触限值? 2.职业接触限值的类型 3.职业接触限值的应用
12、4.职业接触限值的计算与评价 5.职业接触限值的应用限制 2 目的 1. 了解化学因素职业接触限值的基本概念 2. 了解职业接触限值的计算方法与评价策略 3. 了解职业接触限值的应用及其应用限制 3 1.1 OELs的概念 职业接触限值（Occupational exposure limits ，OELs）是由国家主管部门或其他相关机 构制定的工作场所空气中有害化合物浓度 的限值。OELs的主要目的是保护工人避免 过度接触工作场所有毒化学物质。 OELs是职业安全卫生活动风险评估和管理 以及可利用信息的重要工具。 OELs可用于产品的销售、消费和产品的生 产过程。 4 第1个 CO的 OEL
13、1883 Gruber 石英 粉尘 OEL 1916 南非金 矿 工作 场所 33种 物质 OEL 1921 美国矿 山局 第1个工 作场所 化学物 质OEL清 单 1941 ACGIH 1945 Cook 132个工 业污染 物MACs 清单 63种毒性物 质MACs清单 1942 ACGIH OSH act 采纳 TLVs 1970 US 国 会 1.2 OELs的发展历史 5 6 我国车间空气中有毒物质MAC最早由卫生部与国家建设 委员会于1956年首次颁布； 1962年卫生部、国家基本建设委员会及全国总工会正式 颁布工业企业设计卫生标准（GB 1-62）； 1979年卫生部、国家基本建
14、设委员会、国家计划委员会 、国家经济委员会和国家劳动总局联合颁布新的修订版 本，代号为TJ36-79； 2002年，卫生部修订工业企业设计卫生标准（TJ 36 -79），形成独立的工作场所有害因素职业接触限值 （GBZ 2-2002）； 2007年卫生部修订GBZ 2-2002，分解为化学因素（含粉 尘和生物因素）职业接触限值（GBZ 2.1-）和物理因素 职业接触限值GBZ 2.2-）两个部分。 1.3 我国OELs的发展 7 1.4 变化与趋势 除美国和印度以外，大多数国家从2003年或更近已更新 或制定了OELs。 除美国以外，所有其他G8国家（加拿大，法国，德国， 意大利，日本，俄罗斯
15、和英国）都有委员会去研究，制 定和更新其政府强制执行的OELs。 德国有最先进的OELs制定体系。他们有一个职业卫生数 据库储存所有职业卫生数据。截至2005年底，该数据库 有超过一百万的数据集。接触数据与用来发现工人化学 品健康影响及其他毒理学研究的全国保健数据系统相连 接。 许多多数国家有3种OELs。 一种为粉尘，一为致癌物质 ，而另一种为挥发或气态的化学物质。许多国家也有铅 和石棉的单独标准。也制定了针对物理危害、噪声以及 电磁辐射等独立的OELs标准。 8 美国能源部拥有最多的根据动物毒性计算的OELs。 新加坡和菲律宾对尚未具体制定STEL的所有化学物质使 用OEL的乘数定义其ST
16、EL。 加利福尼亚州和加利福尼亚圣塔克拉拉县制定了数目最 多的无显著作用水平（No Observable Effect Level，NOEL ）标准。 许多国家的OELs均低于当前的ACGIH TLVs。 许多国家的OELs定义明确表示不保护敏感劳动者。 俄罗斯有比任何其它国家都多的OELs，超过3500种，其 中包括大约100特定的细菌OELs。 俄罗斯的OELs不仅仅使大多数的工人的不良健康影响减 少到最小，也使工人下一代的不良健康影响减少到最小 。 9 匈牙利有更全面的致癌物和诱变剂的OELs。要求这 些联合接触为独立的相加作用。 日本对吸入致敏作用和皮肤致敏作用作了区分。 委内瑞拉要求
17、调整以长于40小时工作周为基础的 OELs（此外要求调整长于8小时的典型工作日模式） 。 奥地利对雇员接触平均超过一年的高度危险物质制 定了OELs。 新西兰OELs清单约有100种化学物质没有制定标准 ，但受其他国家的标准约束。 有些国家，如新西兰按照工人呼吸率调整OELs。 10 欧盟制定了适用于所有欧盟国家的统一的最低的 OEL标准。包括致癌物的标准。欧盟成员国必须作 为最低标准采纳。 一些国家按照海拔高度调整OELs。 一些国家调整根据标准温度和压力OELs。 一些国家按照48小时工作周自动调整OELs。 全世界OELs超过6000 个，4200多项为约束性的。 许多欧洲国家禁止使用某
18、些化学物质。这些化学物 以OEL为“0”而列出。这是为了表示这些化学物在各 自国家被禁止使用。 11 1.3 一些国家OELs的特征 美国 ACGIH-TLVs NIOSH-RELs OSHA-PELs AIHA-WEELs EU- IOELVs与BOELVs 英国- WELs 德国-MAK和TRK 日本- PELs 南非- OEL-CL和OEL-RL 中国-PC-OELs 12 2. 职业接触限值的类型 职业接触限值的类型通常有三种： 时间加权平均接触限值（Time-Weighted Average，TWA） 。指空气中化学物质在正常8小时工作日和40小时工作周 的最高平均浓度； 短时间接触
19、限值（Short-Term Exposure Limit，STEL）。指 工人可以在短时间（通常为15分钟）接触的最高平均浓度 。此外常使用漂移值，既不能超过其TWA的3倍。 上限值（Ceiling value，CV）。指任何时间都不应超过的 浓度。 此外，生物接触指数（Biological Exposure Indices，BEIs） 反映了特定化学物质在体内的浓度，该浓度与空气中的具 体浓度的吸入接触相关。 13 我国OELs体系为容许浓度（Permissible Concentration，PC）。我国工作场所化学因素 OELs有三种类型，分别是时间加权平均容许浓度 （Permissib
20、le Concentration-Time Weighted Average，PC-TWA）、短时间接触容许浓度（ Permissible Concentration-Short Term Exposure Limit，PC-STEL）和最高容许浓度（Maximum Allowable Concentration，MAC）。 14 l 时间加权平均容许浓度(PC-TWA)指以时间为权数规 定的8小时工作日（每周5个工作日）的平均容许接 触水平 l 短时间接触容许浓度(PC-STEL)指在遵守PC-TWA前提 下的短时间（15min）容许接触浓度 l 最高容许浓度（MAC）指在一个工作日内，任何
21、时间 均不应超过的瞬间浓度 15 l 超限倍数（Excursion Limits）指对未制定PC- STEL的化学有害因素及粉尘，即使8小时时间加权 平均容许浓度符合要求，任何一次短时间（15min ）接触浓度均不应超的PC-TWA的倍数值。粉尘的 超限倍数为2，化学毒物超限倍数与PC-TWA的关系 ： PC-TWA（mg/m3）最大超限倍数 1 1 10 100 3 2.5 2.0 1.5 16 PC-TWA的应用 l 时间加权平均浓度（TWA）是评价工作场所环境卫 生状况和劳动者接触水平的主要指标，工作场所有 害因素职业接触限值的主体性限值 l 建设项目职业病危害预评价、控制效果评价，法定
22、 的定期危害评价，系统接触评估，因生产工艺、原 材料、设备、生产方式和技术等发生改变需要对工 作环境影响重新进行评价时，尤应着重进行TWA的 检测、评价 3.职业接触限值的应用 17 l 个体采样是测定TWA比较理想的采样方法，尤其适 用于评价劳动者实际接触状况 l 定点采样也是测定TWA的一种方法，定点采样法除 了反映个体接触水平，也适用评价工作场所环境 的卫生状况 l 定点采样要求采集一个工作日内某一工作地点， 各时段的样品，按各时段的持续接触时间与其相 应浓度乘积之和除以8，得出8小时工作日的时间 加权平均浓度（TWA） 18 PC-STEL的应用 l 是在遵守PC-TWA的前提下，短时
23、间接触也不引起 不引起：1) 刺激作用；2) 慢性或不可逆性损伤 ；3)依赖剂量-接触次数关系的毒性效应；或4) 麻醉程度导致事故率升高、影响逃生和降低工作 效率的最高浓度 l PC-STEL容许条件： 1）当日的TWA不超过PC-TWA 2）当短时间接触浓度达到PC-STEL水平时，接触 时间不超过15min，每个工作日接触次数不超过 次，相继接触的间隔时间不应短于60min l PC-STEL是与PC-TWA相配套的一种短时间接触限值 ，可视对PC-TWA的补充 19 MAC的应用 l MAC主要是针对具有明显刺激、窒息或中枢神经系 统抑制作用，可导致严重急性损害的化学物质而 制定的不应超
24、过的最高容许接触限值，即任何情 况都不容许超过的限值 l 应根据不同工种和操作地点采集有代表性的空气 样品，并能捕捉到最高的瞬间浓度；应在了解生 产工艺过程的基础上，按采样规范和标准检测方 法进行 20 超限倍数的应用 l 超限倍数适用于化学物质和粉尘 该化学物质有TWA,无STEL 控制其短时间接触水平的过高波动 l 在符合PC-TWA的前提下，化学物质的超限倍数视 PC-TWA限值大小可以是PC-TWA的1.53倍；粉尘 的超限倍数是PC-TWA的2倍 l 当化学物质接触水平超限倍数达到3时、或粉尘 接触水平超限倍数达到2时，一个工作日内这种 短时间接触的总时间不应超过30分钟 l 按短时
25、间采样规范和标准检测方法进行 21 l 化学物质标（皮），表示通过皮肤、粘膜和眼睛 直接接触蒸气、液体和固体，吸收后可引起全身 效应，此时，并未考虑该化学物质引起刺激、皮 炎和致敏作用的特性，对那些可引起刺激或腐蚀 效应但没有全身毒性的化学物质也未标以（皮） 的标识。 l 旨在提示空气中化学物质浓度或PC-TWA时， 通过皮肤接触也可引起过量接触。需采取特殊预 防措施减少或避免皮肤的直接接触 l 标有（皮）的化学物质共114种，其中致敏物质1 种，致癌物质20种，G11种，G2A5种，G2B14种。 包括：有机磷酸酯类化合物、芳香胺及苯的硝基 、氨基化合物等 22 l 化学物质标识（敏），是指
26、人或动物资料已证实该 物质可能有致敏作用，但并不表示致敏作用是制定 PC-TWA依据的关键效应或是唯一的依据。未标注（ 敏）标识的物质也并不表示该物质没有致敏能力， 只反映目前尚缺乏科学证据或尚未定论。使用（敏 ）的标识不能明显区分致敏的器官系统 l 使用（敏）的标识旨在保护劳动者避免诱发致敏效 应。防止敏感个体发生特异免疫反应的唯一方法是 完全避免接触。应通过工程控制措施和个人防护用 品以有效地减少或消除接触。对工作中接触已知致 敏物的劳动者，必须进行教育和培训。应通过就业 前体检和定期健康监护，尽早发现特异易感者，及 时调离接触 23 序号中文名称英文名称OELs（mg/m3）注 MAC PC- TWA PC- STEL 28. 丙烯酸正丁酯n-Butyl acrylate-25- 96. 二异氰酸甲苯酯 （TDI） Toluene-2,4 - diisocyanate（TDI） -0.10.2G2B 116.环氧丙烷Propylene Oxide-5-G2B 133. 甲基丙烯酸甲酯Methyl methacrylate-100- 139.甲醛Formaldehyde0.5-G2A 156.邻苯二甲酸酐 Phthalic anhydride 1- 199. 马来酸酐Maleic anhydr
