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現(xiàn)代調(diào)制與調(diào)制解調(diào)技術(shù)

現(xiàn)代調(diào)制與調(diào)制解調(diào)技術(shù)

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1、<<現(xiàn)代調(diào)制與調(diào)制解調(diào)技術(shù)>>--OFDM系統(tǒng)原理及仿真實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)原理及仿真實(shí)現(xiàn)一、摘要:OFDM是一種無(wú)線環(huán)境下的高速傳輸技術(shù),該技術(shù)的基本原理是將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路相對(duì)低速的并行數(shù)據(jù)并對(duì)不同的載波進(jìn)行調(diào)制。這種并行傳輸體制大大擴(kuò)展了符號(hào)的脈沖寬度,提高了抗多徑衰落的性能。OFDM的思想早在60年代就已經(jīng)提出,由于使用模擬濾波器實(shí)現(xiàn)起來(lái)的系統(tǒng)復(fù)雜度較高,所以一直沒(méi)有發(fā)展起來(lái);70年代,S.B.Weinstein提出用離散傅立葉變換(DFT)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制,為OFDM的實(shí)用化奠定了理論基礎(chǔ);80年代,L.J.Cimini首先分析了OFDM

2、在移動(dòng)通信中應(yīng)用存在的問(wèn)題和解決方法。從此以后,OFDM在移動(dòng)通信中的應(yīng)用才如火如荼地開(kāi)展起來(lái)。二、OFDM系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)的基本介紹:OFDM系統(tǒng)結(jié)構(gòu):OFDM調(diào)制采用信道編碼來(lái)抑制多徑效應(yīng),數(shù)據(jù)符號(hào)映射到一個(gè)相應(yīng)的星座圖上(如QPSK,QAM),結(jié)果I(Iraage,虛部)和R(Real,實(shí)部)值存儲(chǔ)在緩沖器中,并應(yīng)用IF—FT在正交載波上進(jìn)行調(diào)制,數(shù)據(jù)被準(zhǔn)備發(fā)送并被串行化;另外為抵抗多徑效應(yīng)加上一個(gè)循環(huán)前綴。經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)被送到天線上發(fā)送出去。OFDM的功能模塊主要包括以下幾部分:前向糾錯(cuò)(ForwardErrorCorrection):信道編

3、碼采用Reed-Solomon碼、卷積糾錯(cuò)碼、維特比碼或TURB0碼。交錯(cuò)器:交錯(cuò)器用于降低在數(shù)據(jù)信道中的突發(fā)錯(cuò)誤,交錯(cuò)后的數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)串并行轉(zhuǎn)換器,將I、R值映射到一個(gè)相應(yīng)的星座圖上。星座圖:多載波OFDM被認(rèn)為優(yōu)于N個(gè)獨(dú)立的由單載波調(diào)制的子頻帶。星座圖將符號(hào)映射到相應(yīng)的星座點(diǎn)上。這一過(guò)程產(chǎn)生IR值,它們被濾波并送到IFFT上進(jìn)行變換。緩沖:用于存儲(chǔ)送到IFFT前的IR值。IFFT可快速、高效應(yīng)用離散傅立葉變換功能并數(shù)學(xué)生成用于OFDM傳輸?shù)恼惠d波。OFDM的核心為IFFT,IFFT調(diào)制每一個(gè)子信道到高精度的正交載波上,信道化后的數(shù)據(jù)注入到一個(gè)

4、并串緩沖器,串行數(shù)據(jù)通過(guò)DAC變換為發(fā)送做準(zhǔn)備。并串轉(zhuǎn)換器:用于將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)。循環(huán)前綴:循環(huán)前綴為單個(gè)的OFDM符號(hào)個(gè)體創(chuàng)建一個(gè)保護(hù)帶,在信噪比邊緣損耗中被丟掉可以極大的減少I(mǎi)SI。整形有限激勵(lì)響應(yīng)過(guò)濾器(Shaper-FIR)用于整形信號(hào)。OFDM收發(fā)接收機(jī)框圖OFDM系統(tǒng)原理:1、DFT的實(shí)現(xiàn)傅立葉變換將時(shí)域與頻域聯(lián)系在一起,傅立葉變換的形式有幾種,選擇哪種形式的傅立葉變換由工作的具體環(huán)境決定。大多數(shù)信號(hào)處理使用離散傅立葉變換(DFT)。DFT是常規(guī)變換的一種變化形式,其中,信號(hào)在時(shí)域和頻域上均被抽樣。由DFT的定義,時(shí)間上波形連續(xù)

5、重復(fù),因此導(dǎo)致頻域上頻譜的連續(xù)重復(fù)??焖俑盗⑷~變換FFT僅是DFT計(jì)算應(yīng)用的一種快速數(shù)學(xué)方法,由于其高效性,使OFDM技術(shù)發(fā)展迅速。對(duì)于比較大的系統(tǒng)來(lái)說(shuō),OFDM復(fù)等效基帶信號(hào)可以采用離散傅立葉逆變換(IDFT)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了敘述的簡(jiǎn)潔,對(duì)于信號(hào)以的速率進(jìn)行抽樣,即令,則得到:(2-1)可以看到等效為對(duì)進(jìn)行IDFT運(yùn)算。同樣在接收端,為了恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)符號(hào),可以對(duì)進(jìn)行逆變換,即DFT得到:(2-2)根據(jù)以上分析可以看到,OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)可以分別由IDFT和DFT來(lái)代替。通過(guò)點(diǎn)的IDFT運(yùn)算,把頻域數(shù)據(jù)符號(hào)變換為時(shí)域數(shù)據(jù)符號(hào),經(jīng)過(guò)射頻載波

6、調(diào)制之后,發(fā)送到無(wú)線信道中。其中每個(gè)IDFT輸出的數(shù)據(jù)符號(hào)都是由所有子載波信號(hào)經(jīng)過(guò)疊加而生成的,即對(duì)連續(xù)的多個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)制的子載波的疊加信號(hào)進(jìn)行抽樣得到的。在OFDM系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用中,可以采用更加方便快捷的快速傅立葉變換(IFFT/FFT)。點(diǎn)IDFT運(yùn)算需要實(shí)施次的復(fù)數(shù)乘法,而IFFT可以顯著的降低運(yùn)算的復(fù)雜度。對(duì)于常用的基-2IFFT算法來(lái)說(shuō),其復(fù)數(shù)乘法次數(shù)僅為,但是隨著子載波個(gè)數(shù)的增加,這種方法復(fù)雜度也會(huì)顯著增加。對(duì)于子載波數(shù)量非常大的OFDM系統(tǒng)來(lái)說(shuō),可以進(jìn)一步采用基-4的IFFT算法來(lái)實(shí)施傅立葉變換。2、保護(hù)間隔、循環(huán)前綴和子載波數(shù)的選擇應(yīng)用

7、OFDM的一個(gè)重要原因在于它可以有效的對(duì)抗多徑時(shí)延擴(kuò)展。通過(guò)把輸入數(shù)據(jù)流串并變換到個(gè)并行的子信道中,使得每一個(gè)調(diào)制子載波的數(shù)據(jù)周期可以擴(kuò)大為原始數(shù)據(jù)符號(hào)周期的倍,因此時(shí)延擴(kuò)展與符號(hào)周期的數(shù)值比也同樣降低倍。為了最大限度的消除符號(hào)間干擾,還可以在每個(gè)OFDM符號(hào)之間插入保護(hù)間隔(GuardInterval),而且該保護(hù)間隔長(zhǎng)度一般要大于無(wú)線信道中的最大時(shí)延擴(kuò)展,這樣一個(gè)符號(hào)的多徑分量就不會(huì)對(duì)下一個(gè)符號(hào)造成干擾。在這段保護(hù)間隔內(nèi)可以不插任何信號(hào),即是一段空白的傳輸時(shí)段。然而在這種情況下,由于多徑傳播的影響,則會(huì)產(chǎn)生載波間干擾(ICI),即子載波之間的正

8、交性遭到破壞,不同的子載波之間的產(chǎn)生干擾。這種效應(yīng)可見(jiàn)圖21。由于每個(gè)OFDM符號(hào)中都包括所有的非零子載波信號(hào),而且也可

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