【正文】 度，它的變化幅度保持不變是非常重要的?！　　　　　　　〉?3 章 仿真結果分析　　 IFFT 后的 OFDM 信號載波幅度　　　圖 IFFT 后的 OFDM 信號載波幅度輸入信號經過 IFFT 后輸出的 OFDM 載波幅度圖像。這種方式的頻譜特性如圖 所示。這顯然是從傳統(tǒng)的頻分復用技術中借鑒而來的。由于把整個可利用帶寬劃分成許多個窄帶子信道，因此單個子信道上的頻率響應變得相對平坦了許多，所需的均衡要比串行系統(tǒng)簡單。并行系統(tǒng)的出現緩和了這些問題。換句話說，加入CP后，當CP 的長度大于最大時延擴展，既可以消除碼間干擾，也可以消除信道干擾 [8]。同理，當接收機解調第二個載波時，第一個子載波會對第二個子載波造成干擾。第一種就是加入保護間隔，即在每N點數據塊前加入 M個0，這樣就得到了一個M+N點數據塊。 循環(huán)前綴　我們假設滿足奈奎斯特抽樣定理 [5]。在基4的FFT運算中，只存在于{1，1,j，j}的相乘運算，因此不需要采用完整的乘法器來實施這種乘法，只需要通過簡單地加、減以及交換實部和虛部的運算來實現這種乘法。對于常用的基2FFT和IFFT運算來說，復數乘法的次數僅僅為 ?！? (28)　　??1,012??????NknendNkkj?顯然， 是序列 的離散傅立葉變換?！f bsnNff??00 1,??那么發(fā)送信號 可以表示為 ，其中 接收端解??ts????tfjnnedt?210??? ???tgdn??調后各子載波信號為: (23)????????mdtedNTtendNTmd nNTnjbfjtfjb bbn?????????? 102201 ??從式子(23)可以看到，第m個子載波解調后可以正確的恢復出期望的符號 d(m)，而對于其它子載波來說，由于在積分間隔內，頻率偏差是 的整數倍，所以積分結果為0 [6]。在上圖中，正sTbTbsNT?交關系就表現在調制信號 和解調信號 的關系上。OFDM的接收機實際上是一組解調器，它將不同載波搬移至零頻，然后在一個碼元周期內積分，其他載波由于與所積分的信號正交，因此不會對這個積分結果產生影響。如前所述，傳統(tǒng)的頻分復用的載波頻率之間有一定的保護間隔，通過濾波器接收所需信息。這種做法，雖然可以避免不同信道互相干擾但卻以犧牲頻帶利用率為代價，這在頻帶資源如此緊張的今天尤其不能忍受。OFDM增強了抗頻率選擇性衰落和抗窄帶干擾的能力。從而構成多個低速率符號并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。自適應調制要求對信道的性能有充分的了解，如果在差的信道上使用較強的調制方式，那么就會產生很高的誤碼率，影響系統(tǒng)的可靠性。　　失真、頻偏也是在選擇調制時必須考慮的因素。它要求信號必需包含一定的開銷比特，以告知接收端發(fā)射信號所采用的調制方式，并且，終端需要定期更新調制信息，這又勢必會增加更多的開銷比特。根據信息論的觀點，可靠性和有效性是通信系統(tǒng)運行是否良好的重要考核指標?！? 調制方式　OFDM系統(tǒng)的各個載波可以根據信道的條件來使用不同的調制，比如BPSK、 QPSK、8PSK、16QAM 、64QAM等等，以頻譜利用率和誤碼率之間的最佳平衡為原則。由于多徑時延小于保護間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾，這就允許單頻網絡(SFN)可以用于寬帶OFDM系統(tǒng)，依靠多天線來實現，即采用由大量低功率發(fā)射機組成的發(fā)射機陣列消除陰影效應，來實現完全覆蓋。當信道變化太快，跳頻速度跟不上時，用隨機跳頻代替自適應跳頻。全雙工系統(tǒng)的接收機和發(fā)射機的工作頻率的間隔至少應大于40MHz，信道數量是用戶數的兩倍，發(fā)射的參考碼字的數量比用戶數多1個，也就是說除了每個用戶需要發(fā)送一個參考碼字外，基站的前向信道也必需發(fā)送一個。事實上，自適應跳頻消除了頻率選擇性衰落 [2]。利用時間交織和前向糾錯可以恢復丟失的數據，但是會降低系統(tǒng)容量并且會增加信號時延。　　　　　　第 2 章 OFDM 系統(tǒng)的基本原理及主要技術　 OFDM 的主要技術　 信道分配　　可以有很多種方式為用戶分配信道最主要的是分組信道分配、自適信道分配這兩種分配方式。直到 70 年代，人們提出了采用離散傅立葉變換來實現多個載波的調制，簡化了系統(tǒng)結構，使得 OFDM 技術更趨于實用化。這種技術是 HPA 聯盟（HomePlug Powerline Alliance）工業(yè)規(guī)范的基礎，它采用一種不連續(xù)的多音調技術，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信號傳送。然而，從通信技術的實質來看，上面所述基本上都是傳輸介質和信道的變化，突破性的進展并不多。經過幾十年的開發(fā)之后，OFDM/COFDM 不但被廣泛地應用于高速數字通信中，而且已擴展到其他領域。OFDM 全稱為正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing） ，是一種新型的高效的多載波調制技術，它能夠有效地對抗多徑傳播，使受到干擾的信號能夠可靠地接收。　　關鍵詞： 正交頻分復用，多載波調制，信噪比，調制映射　　　　　　　　　　　　　　　　　MATLABBased Simulation of The OFDM Modulation and DemodulationAbstractOFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) is a special multicarrier modulation technique. OFDM is short of Orthogonal Frequency Division Multiplexing. It is a new type of highly efficient multicarrier modulation technique, it can effectively fight against multipath spread and make the signal interference reliably receive. After several decades of development, OFDM / COFDM has been widely used in highspeed digital munications, and has spread to other fields. At the same time, modern digital signal processing technology and ultralargescale application specific integrated circuits (VLSI) also make the development of fast Fourier transform more easily and the cost of the technology more practically, and open the market for OFDM widely used in the field of munication in the future. 　Paper analyzes the basic principles of OFDM technology, OFDM protection interval, cyclic prefix, OFDM modulation and demodulation of the key technologies.　　Keywords：（OFDM ）Orthogonal Frequency Division Multiplexing,Multicarrier modulation,SNR,Modulation mapping.　　　　　　　　　　　　第 1 章 正交頻分復用的來源　　 OFDM 的歷史起源隨著通信技術的不斷成熟和發(fā)展，如今的通信傳輸方式可以說多種多樣，變化日新月異，從最初的有線通信到無線通信，再到現在的光纖通信?！?OFDM 的英文全稱為 Orthogonal Frequency Division Multiplexing，中文含義為正交頻分復用技術。但是，一個 OFDM 系統(tǒng)的結構非常復雜，從而限制了其進一步推廣。目前 OFDM 技術已經被廣泛應用于廣播式的音頻和視頻領域和民用通信系統(tǒng)中，主要的應用包括：非對稱的數字用戶環(huán)路（ADSL）、ETSI 標準的數字音頻廣播（DAB）、數字視頻廣播（DVB）、高清晰度電視(HDTV）、無線局域網（ WLAN）等。分組隨機跳頻空閑時間較短，約n個字符時間。研究表明，在頻率選擇性信道采用自適應跳頻可以大幅提高信號接收功率，能夠達到5～2OdB，這是一個非常好的結果。跳頻的開銷比特數量與用戶速率、用戶數量以及系統(tǒng)是全雙工還是半雙工有關。而時分半雙工系統(tǒng)可以減少開銷比特，只有10% ～15%。　　 多天線　　ODFM由于碼率低和加入了時間保護間隔，因此具有極強的抗多徑干擾能力。對于傳統(tǒng)系統(tǒng)來說，中繼器可能會帶來多徑干擾，但OFDM不存在這個問題，它的中繼器可以加在任何需要的地方，不僅可以完全覆蓋網絡，并且可以消除多徑干擾。使用與信噪比相匹配的調制方式可以提高頻譜利用率。但任何事物都有其兩面性，自適應調制也不例外。功率控制與自適應調制要取得平衡，也就是說對于一個遠端發(fā)射臺，它有良好的信道，若發(fā)送功率保持不變，可使用較高的調制方案如64QAM；若功率可以減小，調制方案也相應降低，可使用QPSK。信噪比限制了最大頻譜利用率只能接近5～7bit/s/Hz [4]?！? OFDM 系統(tǒng)的基本原理　　 OFDM 原理簡介　多載波傳輸是把數據流分解為若干個獨立的子比特流，這樣每個子數據流具有低得多的比特速率，用此比特率形成低速率多狀態(tài)符號再去調制相應的子載波。OFDM 棄用傳統(tǒng)的用帶通濾波器來分隔子載波頻譜的方式，改用跳頻方式選用那些即便頻譜混疊也能夠保持正交的波形，因此我們說，OFDM既可以當作調制技術，也可以當作復用技術?！≡趥鹘y(tǒng)的并行通信系統(tǒng)中，整個系統(tǒng)頻帶被劃分為N 個互不混疊的子信道，每個子信道被一個獨立的信源符號調制，即N個子信道被頻分復用。這種“正交”表示的是載波的頻率間精確的數學關系。盡管還是頻分復用，但己與過去的FDMA有了很大的不同:不再是通過很多帶通濾波器來實現，而是直接在基帶處理，這也是OFDM有別于其他系統(tǒng)的優(yōu)點之一。 OFDM 正交調制解調框圖　　串行并行變換　插入保護間隔　 　　數模變換　 　　多徑傳播　??th,?模數變換　DFT或FFT　串行并行變換　 　　去除保護間隔　　并行串行變換　并行串行變換　 　　IDFT或IFFT　??nX??tr??nrOFDMOFDM反 ??t??????nS??nR圖 　OFDM 系統(tǒng)框圖 　　 正交調制框圖　　首先碼元速率為 ，比特速率是 ，因為串并變換的關系，所以 。這樣 和 明顯能夠滿足公式:　??tfjmmetp?2???tfjn?2????tpiqi (22)　?nmTtfjTtfj snsmd???,020?但是 必須滿足關系： ， 。若不考慮??ksld噪聲和干擾的影響，且假設滿足正交條件，那么在接收端采用類似方法就可以得到接收的信號。而FFT和IFFT 可以顯著的降低運算復雜度。對于子載波數量非常大的OFDM系統(tǒng)來說，可以進一步采用基4的FFT算法。例如在64點的FFT 中，需要計算96次復數乘法和384次復數加2log法，換句話說。解決這個問題的方法有兩種。這樣的話，在FFT 運算長度內，第一個子載波與帶有時延的第二個子載波之間的周期個數之差不再是整數，所以當接收機解調第一個載波時，第二個子載波會對第一個子載波造成干擾。這樣時延小于循環(huán)前綴長度的時延信號就不會在解調過程中產生信道間干擾?！? OFDM 子載波調制在串行系統(tǒng)中，符號是逐次發(fā)送的，每一個數據符號的頻譜允許占用所有的可利用帶寬，這樣的信號極容易受到菲理想頻率傳輸特性的影響而失真。它的優(yōu)　　1,210..,??NmNxxN 點數據塊　 ,.1?NMx 1,210..,??NmNxx　,20.,?Nm,循環(huán)前綴　　　 N+M 個數據塊　點是能夠把一個頻率選擇性衰落的影響分散到許多個符號上，有效地使衰落或脈沖引起的突發(fā)錯誤隨機化，這樣就不是幾個相鄰符號遭到完全破壞，而是許多個符號僅僅有輕微失真，從而可以用前向糾錯使其恢復?！±脼V波器完全地分開這些子帶。另一個不利條件是當子帶數目很多時，很難得到一組需要的濾波器。接收時由相應ncf,的濾波器就可以得到某一子帶的數據。如圖 中 OFDM 調制應用于頻域，前 3 位是 0 ，第四位是 1 。如圖 ，在一個OFDM 符號內 4 個子載波的具有如下特性：　在給定的時間間隔 T 內每個子載波正好有整數個周期寬度也就是每個子載波頻率是基本頻率的整數倍 f1=f0 f2=2*f0 f3=3*f0 等一個符號時間段內兩個相鄰子載波的周期數嚴格地相差一個周期此特性保證了兩個子載波間的正交性允許每個子載波能被接收并獨立地解調而不會受其它副載波產生的干擾影響?！　　　　　　　　　　　? FFT 后的 OFDM 信號載波幅度　圖 FFT 后的 OF