現(xiàn)代調(diào)制解調(diào)技術(shù)及其傳輸特性的仿真實驗(編輯修改稿)
2025-02-02 16:38 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 如圖 21 所示。 圖 21 FDM 與 OFDM頻率利用率的比較 OFDM是一種多載波傳輸技術(shù)，可以被看作一種調(diào)制技術(shù)，也可以被看作一種復(fù)用技術(shù)。多載波傳輸是把數(shù)據(jù)流分解成若干子比特流，這樣每個子數(shù)據(jù)流將有低得多的比特速率，用這樣的低比特速率形成的低速率多狀態(tài)符號再去調(diào) 制相應(yīng)的子載波，構(gòu)成了多個低速率符號并行發(fā)送的傳輸系統(tǒng)。 OFDM 的基本原理 一個完整的 OFDM 系統(tǒng)原理如 下 圖 所示。 OFDM 的 主要 思想是將串行數(shù)據(jù)并行地調(diào)制在多個正交的子載波上， 由此 可以降低每個子載波的碼頻率 傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（ FDM）多載波調(diào)制 節(jié)省帶寬資源 頻率 正交頻分復(fù)用（ OFDM）多載波調(diào)制 湖南大學(xué)工程訓(xùn)練 第 17 頁 元速率，增大碼元的符號周期 ， 提高系統(tǒng)的抗衰落和 抗 干擾能力， 而且 由于每個子載波的正交性，大大提高了頻譜的利用率， 因此 非常適合移動場合中的高速傳輸。 圖 OFDM 系統(tǒng) 在發(fā)送端，輸入的高 速率數(shù)據(jù)流經(jīng)過信道編碼和交織后，再通過 調(diào)制映射產(chǎn)生調(diào)制信號，插入導(dǎo)頻信號后 ， 經(jīng)過串 /并 變 換變成 N 個 并行的低速 率數(shù)據(jù)流， 這樣 每 N個 并行數(shù)據(jù)構(gòu)成一個 OFDM 符號 。 經(jīng)快速 反 傅里葉變換(IFFT)對每個 OFDM符號的 N個數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，變成時域信號為： ? ? ????? 10 2)()()( Nm NnmjemXmXIF F Tnx ? n=0,1, ?? ,N1 （ 21） 符號定時 頻偏校正 輸入數(shù)據(jù) 信道編 碼 交織 信號 映射 插入導(dǎo)頻 串 /并交換 IFFT 并 /串變換 插保護(hù) 間隔 載波調(diào)制 信道 載波解調(diào) 去保護(hù)間隔 串 /并 變換 FFT 并 /串 變換 信道估計 信道逆映射 解交織 信道解碼 輸出數(shù)據(jù) 定時和頻率同步 湖南大學(xué)工程訓(xùn)練 第 18 頁 式中： m 為頻域上的離散點； n 為時域上的離散點； N為載波數(shù)目。為了在接收端 能夠 有效 的 抑制碼間干擾 (Inter Symbol Interference， ISI)，通常要在每一時 域 OFDM 符號前加上保護(hù)間隔 (Guard Interval， GI)。加保護(hù)間隔后的信號可表示為式 (2)，最后信號經(jīng)并／串變換及 D／ A 轉(zhuǎn)換，由發(fā)送天線發(fā)送出去。 1 , 1( ) , 1 , , 11( ) , 0 ,1 , 1{GGx N n nGx n n NNNx ? ? ? ? ? ?????? ?? ?????? ?? （ 22） 接收端將接收的信號進(jìn)行處理，完成定時同步和載波同步。經(jīng) A／ D 轉(zhuǎn)換，串 /并轉(zhuǎn)換后的信號可表示為： yGI(n)=xGI(n)*h(n)+z(n)+w(n) (23) 然后，在 去除 CP 后進(jìn)行 FFT解調(diào)，同時進(jìn)行信道估計 (依據(jù)插入的導(dǎo)頻信號 )， 后面 接著將信道估計值和 FFT解調(diào)值一 起 送入檢測器進(jìn)行相干檢測，檢測每個子載波上的信息符號 。 最后 經(jīng) 過反映射 和 信道譯碼恢復(fù)出原始比特流。除去循環(huán)前綴 (CP)經(jīng) FFT 變換后的信號可表示為： ,)(1)]([)( 10 2??? ??? Nn NnmjenyNnyF F TmY ? m=0,1, ?? N1 ),()()()()( mWmZmHmXmY ??? m=0,1, ?? N1 （ 24） 式中： H(m)為信道 h(n)的傅里葉轉(zhuǎn)換； Z(m)為符號間干擾和載波間干擾z(n)的傅里葉變換； W(m)是加性高斯白噪聲 w(n)的傅里葉變換。 OFDM 系統(tǒng)實現(xiàn)模型 湖南大學(xué)工程訓(xùn)練 第 19 頁 利用離散反傅里葉變換 (IDFT)或快速反傅里葉變換 (IFFT)實現(xiàn)的 OFDM系統(tǒng)，如 圖 。 圖 OFDM系統(tǒng)實現(xiàn)框圖 從 上圖 OFDM系統(tǒng)的實現(xiàn)模型可以看出，輸入經(jīng)過調(diào)制的復(fù)信號經(jīng)過串／并變換后，進(jìn)行 IDFT 或 IFFT， 將數(shù)據(jù)的頻譜表達(dá)式變到時域上，再經(jīng)過 并／串變換 ， 然后插入保護(hù)間隔， 防止碼間干擾， 再經(jīng)過數(shù)／模變換后形成OFDM調(diào)制后的信號 s(t)。該信號經(jīng)過信道后，接收到的信號 r(t)經(jīng)過模／數(shù)變換， 然后 去掉保護(hù)間隔，以恢復(fù)子載波之間的正交性，再經(jīng)過串／并變換和 DFT 或 FFT使數(shù)據(jù)的時域表達(dá)式變到頻域上 后，恢復(fù)出 OFDM的調(diào)制信號，再經(jīng)過并／串變換后還原出輸入符號。 保護(hù)間隔和循環(huán)前綴 作用 {}nR r(t) n(t) S(t) …… …… 并 /串 交換 …… …… DFT 或 FFT 并 /串 交換 反 OFDM OFDM {}nS 串 / 并交換 IDFT 或 IFFT 插入 保護(hù) 間隔 數(shù) / 模交換 多徑 傳播 模 /數(shù) 交換 去除 保護(hù) 間隔 串 /并 交換 ＋＋ 湖南大學(xué)工程訓(xùn)練 第 20 頁 保護(hù)間隔 (GI) 無線多徑信道會使通過它的信號出現(xiàn)多徑時延， 此 種多徑時延如果擴(kuò)展到下一個符號，就會造成符號問串?dāng)_，嚴(yán)重影響數(shù)字信號的傳輸質(zhì)量。 而采用 OFDM 技術(shù)的主要原因之一是它 可以有效地 防止 多徑時延擴(kuò)展。通過把輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過串／并變換 后 分配到 N 個并行的子信道上，使每個用于去調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)符號周期可以擴(kuò)大為原 輸入 數(shù)據(jù)符號周期的 N倍， 因 此時延擴(kuò)展與符號周期的比值也同樣可降低為 1／ N。在 OFDM 系統(tǒng)中，為了 能夠 最大限度地消除符號間干擾，可在每個 OFDM 符號之間插入保護(hù)間隔，而且該保護(hù)間隔的長度 Tg一般要大于無線信道的最大時延擴(kuò)展，這樣一個符號的多徑分量就不會對下一個符號造成干擾。 當(dāng)多徑時延小于保護(hù)間隔時，可以保證在 FFT的運算時間長度內(nèi)，不會使 信號相位跳變。 所以 ， OFDM接收機所看 到的 只 是存在某些相位偏移、多個單純連續(xù)正弦波形的 信號 疊加，而這種疊加不會破壞子載波之間的正交性。如果多徑時延超過了保護(hù)間隔，則在 FFT運算時間長度內(nèi)可能會出現(xiàn)信號相位的跳變，因此在第一路徑信號與第二路徑信號的疊加信號內(nèi)
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