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OFDM通信系統的仿真

      OFDM的全稱為Orthogonal Frequency Division Multiplexing,意為正交頻分複用。OFDM的思想可以追溯到20世紀60年代,當時人們對多載波調制做了許多理論上的工作,論證了在存在符号間幹擾的帶限信道上采用多載波調制可以優化系統的傳輸性能;1970年1月,有關OFDM的專利被首次公開發表;1971年,Weinstein和Ebert在IEEE雜志上發表了用離散傅裡葉變換實作多載波調制的方法;20世紀80年代,人們對多載波調制在高速數據機、數字移動通信等領域中的應用進行了較為深入的研究,但是由于當時技術條件的限制,多載波調制沒有得到廣泛的應用;進入20世紀90年代,由于數字信号處理技術和大規模內建電路技術的進步,OFDM技術在高速資料傳輸領域受到了人們的廣泛關注。現在OFDM已經在歐洲的數字音視訊廣播(如DAB和DVB)、歐洲和北美的高速無線區域網路系統(如HIPERLAN2、IEEE 802.11a)、高比特率數字使用者線(如ADSL、VDSL)以及電力線載波通信(PLC)中得到了廣泛的應用。

      OFDM通信技術是多載波傳輸技術的典型代表。多載波傳輸把資料流分解為若幹個獨立的子比特流,每個子資料流将具有低得多的比特速率,用這樣低比特率形成的低速率多狀态符号去調制相應的子載波,就構成了多個低速率符号并行發送的傳輸系統。OFDM是多載波傳輸方案的實作方式之一,利用快速傅裡葉逆變換(IFFT,Inverse Fast Fourier Transform)和快速傅裡葉變換(FFT,Fast Fourier Transform)來分别實作調制和解調,是實作複雜度最低、應用最廣的一種多載波傳輸方案。

OFDM系統組成框圖如下圖所示。其中,上半部分對應于發射機鍊路,下半部分對應于接收機鍊路,整個系統包含信道編/解碼、數字調制/解調、IFFT/FFT、加/去保護間隔和數字變頻!

OFDM通信系統的仿真

實驗設計原理圖如下所示

OFDM通信系統的仿真

OFDM調制系統:

調制模型最關鍵在于IFFT變換,在這種IFFT變化能很友善的實作載波調制,本系統所用的是數字載波調制方式,采用與另外一路數字載波控制信号合成後,本來輸入的資料是30x1的複信号,然後再中間補一個0構成了了31x1的複信号,與另外一路31x1的信号合成之後就變成了31x2的一路矩陣信号,實作了調制,又由于進行IFFT時需要的資料是2的N次方是以在資料中加上足夠多的0構成了64x2的資料,然後進行IFFT調制之後輸出。

OFDM通信系統的仿真

設計的子子產品如下圖所示

OFDM通信系統的仿真

CP循環:應用OFDM的一個重要原因在于它可以有效地對抗多徑時延擴充。把輸入資料流串并變換到個并行的子信道中,使得每一個調制子載波的資料周期可以擴大為原始資料符号周期的N倍,是以時延擴充與符号周期的數值比也同樣降低N倍。另外,通過在每個OFDM符号間插入保護間隔(GI,Guard Interval)可以進一步抵制符号間幹擾(ISI),還可以減少在接收端的定時偏移錯誤。這種保護間隔是一種循環複制,增加了符号的波形長度,在符号的資料部分,每一個子載波内有一個整數倍的循環,此種符号的複制産生了一個循環的信号,即将每個OFDM符号的後

OFDM通信系統的仿真

時間中的樣點複制到OFDM符号的前面,形成循環字首(CP,Cyclic Prefix),在交接點沒有任何的間斷。是以将一個符号的尾端複制并補充到起始點增加了符号時間的長度。

OFDM通信系統的仿真

參考資料:

  • MATLAB-SIMULINK通信系統模組化與仿真執行個體分析-清華大學邵玉斌編著
  • Design and Simulation ofOrthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) SignalingStudy by:Alan C. BrooksStephen J. Hoelzer
  • OFDM的關鍵技術及應用                  北京工業出版社
  • 正交頻分複用(OFDM)李建東
  • 北京郵電大學内部講義-《OFDM技術》     北京郵電大學内部教材
  • 光OFDM系統的仿真實作 何金池, 梁猛, 鞏稼民
  • 寬帶無線通信OFDM技術          王文博 鄭侃
  • OFDM通信系統仿真設計          北京郵電大學内部教材

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