通信原理课外作业OFDM

通信原理课外作业——关于OFDM的学习姓名白尔雪专业电科1202学号31205040282015/1/1一、OFDM简介OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）（正交频分复用）是一种无线环境下的高速传输技术，适合在多径传播和多普勒频移的无线移动信道中传输高速数据。它能有效对抗多径效应，消除符号间干扰，对抗频率选择性衰落，而且信道利用率高。OFDM技术先后被欧洲数字音频广播（DAB）、欧洲数字视频广播（DVB）、IEEE802.11无线局域网等系统采用。OFDM是一种高效的数据传输方式，其基本思想是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的(频带窄)，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。OFDM相对于一般的多载波传输的不同之处是它允许子载波频谱部分重叠，只要满足子载波间相互正交，则可以从混叠的子子载波上分离出数据信号。由于OFDM允许子载波频谱混跌，其频谱效率大大提高，因而是一种高效的调制方式。二、OFDM发展以及研究现状OFDM技术在20世纪60年代中期被首次提出，已有近40年的历史[1],但在之后相当长的一段时间，OFDM技术一直没有形成大规模的应用。第一个实际应用是军用的无线高频通信链路。这种多载波传输技术在双向无线数据方面的应用成为了近10年来的新趋势。经过多年的发展，OFDM技术在广播方式下的音频和视频领域已得到广泛的应用。该技术已成功的应用于非对称数字用户环路（ADSL，AsymmetricDigitalSubscriberLine）、无线本地环路（WLL，WirelessLocalLoop）、数字音频广播（DAB，DigitalAudioBroadcasting）、高清晰度电视（HDTV，High-definitionTelevision）、无线局域网（WLAN，WirelessLocalAreaNetwork）等系统中。OFDM技术凭借其固有的对时延扩展较强的抵抗力和较高的频谱效率两大优势迅速成为研究的焦点并被多个国际规范采用，如欧洲的数字音频广播、数字视频广播和IEEE的无线局域网标准802.11a。此外，OFDM还易于结合时空编码、分集、干扰抑制以及智能天线等技术[2]，最大程度地提高物理层信息传输的可靠性。如果再结合自适应调制，自适应编码以及动态子载波分配，动态比特分配等技术，其性能可以进一步得到提高。三、原理众所周知无线通信传输信号的路径有很多，这就是所谓的多径效应，OFDM的最初提出是为了解决多径效应对数据传输的影响。高数据传输速率使得符号周期非常小，如果符号传输出现多径时延，可能会影响到后面好几个符号。多载波调制可以把高数据流分成很多个低数据流，这样就使符号周期增大了，从而大大减弱符号间干扰（ISI），如果在符号间加上保护间隔，可以完全消除上面提到的ISI。如果从带宽频域解释OFDM解决ISI的角度，符号带宽小于信道的相关带宽（相关带宽内幅度恒定，线性相位），信号在信道内只有平坦衰落。正交频分复用的技术关键就是实现并保护好子载波间的正交性，接受端收到的信号x(t)与子载波相乘后通过积分器，不同频率的载波相乘积分后为零，只有相同载波积分后得到原始符号。正是由于每个子载波的正交性，我们可以是子载波的频谱重叠并靠近Nyquist带宽，从而大大提高了频谱的利用率，所以非常适合移动场合中的高速传输。多径传输的符号干扰时个头疼的问题，OFDM为解决这样的问题在符号间加上保护间隔内，保护间隔可以不传输任何信号。这样的情况下仍然解决不了信道间干扰（ICI），子载波之间的正交性遭到破坏，接收端就不能很好的恢复出原始信号，这点是毁灭性的。OFDM的解决方法是把符号后面长度是Tg（保护间隔的长度）的部分拿到每个符号的前面当做保护间隔来传输，这种方法就叫做循环前缀。这样就使得在FFT周期内，OFDM符号的延时副本所包含的波形的周期个数是整数，从而解决了ICI。将原符号块最后信号放到原符号块的前部，构成新序列，时域中原来发送信号与信道响应的线性卷积变为圆周卷积。（一）映射一个OFDM信号由一组子载波信号相加所组成，每個子載波信号包含M相位位移键信号(M-PSK)或正交振幅调变信号(QAM)。[4]以前我们学习可以用信号的振幅、相位和频率来调制载波，但是对于OFDM我们只能用前面两个，因为子载波的频率正交，带有独立的信息，频率调制可能会破坏子载波的正交性。（二）星座图I-Qdiagram的前身是Polardiagram必要性：若要设计一个接收线路侦测相位微小的变化，复杂度会很高，而相差90度的两个正弦波由于互相正交而很容易被分离出來。[5]转变：I=Acos(ψ)Q=Asin(ψ)（三）调制原理ThetransmittedsignalisSincex(t)haslimitedbandwidth,itcanberepresentedbyitsNsamples.Thenx(m)canberegardedastheIFFTofthesequenceSi(k),i=0,1,…,N-1.[3]x(t)=Re{∑si(k)exp[j2π(fc+k/T)t]}注:取实部的原因是因为载波形式是cos(j2πfit),如果指数形式则可以直接去掉就像上面说的对x(t)过采样之后t=mT/N,fc=0,x(m)=∑si(k)exp(j2πkm/N)（四）解调原理)exp((k)sx(t)1-N0nntjwn记为当前符号输出信号不仅与当前输入信号有关，而且与前一符号块最后v入输入信号有关，产生了符号块间干扰ISI。将原符号块最后L（L=V）个信号放到原符号块的前部，构成N+L新序列。时域中原来发送信号与信道响应的线性卷积变为圆周卷积。Ts是采样间隔，v是整数，[τmax/Ts]=v,其中τmax是延时四、仿真及结果一帧6个OFDM符号，128个并列子载波，每个子载波两位比特，保护间隔32个长度单位，FFT长度为128[6]五、小结论文主要介绍了在课外学习中所了解到的OFDM的相关知识。首先对OFDM作了大体的介绍，然后分别介绍了OFDM技术的发展状况，子载波调制的基本原理，接着以一个一帧6个OFDM符号的例子作了仿真，对OFDM技术作了更进一步的了解。随着IEEE802.11a喝BRANHperlan/2两个标准在局域网的普及应用OFDM技术将会进一步在无线数据本地环路的广域网领域应用得更为广泛。OFDM由于其频谱利用率高、成本低等原因越来越受到人们的关注。随着人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化的需求，OFDM技术在综合无线接入领域将的打破越来越广泛的应用。参考文献[1]RWChang.Synthesisofband-limitedorthogonalsignalsformultichanneldatatransmission.BellSyst.Tech.J,1996,(45):1775~1796[2]王文博，郑侃.宽带无线通信OFDM技术.北京：人民邮电出版社，2003.11:2-4[3]Robert.L.OFDM正交分频多工基本原理[R]，2006[4]佟学俭，罗涛.OFDM移动通信技术原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2003[5]刘卫国.MATLAB程序设计教程[M].北京：中国水利水电出版社，2005[6]Marc.E.WirelessOFDMSystems:Howtomakethemwork?.springer，2002:33-45