OFDM的基本原理剖析
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ofdm调制的基本原理及特点OFDM调制的基本原理及特点OFDM调制的基本原理•OFDM是正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的缩写,其基本原理是将高速数据流分成多个较低速的子流,并将每个子流分配到不重叠的频率带上进行传输。
•OFDM采用了多个正交的子载波进行数据传输,利用正交性降低了子载波单位之间的干扰,提高了数据传输的可靠性和抗干扰性能。
•OFDM通过将高速数据流分成多个较低速的子流进行并行传输,提高了整体的传输速率。
OFDM调制的特点1.高效的频谱利用:OFDM将频谱划分成多个较窄的子载波,每个子载波的传输速率较低,但减少了子载波之间的干扰,从而使整体的频谱利用率更高。
2.抗多径干扰能力强:由于OFDM技术采用多个正交的子载波进行数据传输,能够有效抵抗多径传播引起的码间干扰,提高了信号的传输质量。
3.抗频选择性衰落能力强:OFDM可以通过改变子载波的功率分配,从而抵消频率选择性衰落引起的信号失真,提高信号的可靠性。
4.低复杂度的信号处理:OFDM采用快速傅里叶变换(FFT)技术进行调制和解调,简化了信号处理的复杂度,降低了硬件的要求。
5.高容量传输:由于采用了多子载波传输,OFDM能够支持更多用户同时进行数据传输,提高了系统的容量。
6.适应多种信道环境:OFDM适应性强,可以根据具体的信道环境动态调整子载波数量和功率分配,提升了系统的适应性和灵活性。
以上是OFDM调制的基本原理及特点的简要介绍。
OFDM技术的广泛应用使得无线通信更加高效、稳定和可靠。
当然,接下来我们将继续介绍OFDM调制的更多特点:7.支持高速数据传输:由于将高速数据流分成多个较低速的子流进行并行传输,并且利用多个子载波传输,OFDM能够支持更高的传输速率。
8.抗干扰性强:OFDM采用多个正交的子载波进行数据传输,同时利用循环前缀技术来消除传输时延引起的码间干扰,具备较强的抗干扰性能。
OFDM原理介绍OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种多载波调制技术,其原理是将数据流分为多个低速子信道,并将这些子信道通过正交子载波进行并行传输,从而提高了信道利用率和抗多路径干扰能力。
传统的单载波调制技术(SC-FDM)将整个带宽分为一个个窄带子信道进行传输,这样可以减小多路径干扰的影响,但是在高速传输时会产生频谱效率低、复杂度高的问题。
OFDM通过将一个宽频带信号分割为多个窄频带信号进行传输,实现了高频谱利用率和高传输速率。
OFDM系统的原理如下:1.带宽划分:将整个带宽划分为多个子信道,每个子信道的带宽相对较窄。
每个子信道的带宽可以根据传输条件和需求来调整。
2.IFFT转换:在发送端,将每个子信道的调制符号通过傅里叶反变换(IFFT)转换为时域信号。
IFFT将频域信号转换为时域信号,使得各个子载波之间形成正交关系。
3.并行传输:经过IFFT转换后的信号进行并行传输,即将各个子载波的时域信号叠加起来,形成OFDM符号。
4. 加入保护间隔:由于时域信号叠加可能导致符号之间的重叠,为了避免相邻符号之间的干扰,OFDM系统在每个OFDM符号之间添加了保护间隔(guard interval)。
保护间隔是一段无信号的时间或频率间隔,用于消除多径效应引起的符号间干扰。
5.加入循环前缀:在OFDM符号的开头加入一段与OFDM符号末尾相同的循环前缀,循环前缀可以在接收端用来消除多径效应引起的符号间干扰。
6.接收端处理:接收端先去除保护间隔,然后进行傅里叶变换(FFT)将时域信号转换为频域信号,在频域信号中提取出各个子信道的调制符号。
OFDM技术具有以下几个优点:1.抗多路径干扰:OFDM通过循环前缀和保护间隔的设计,可以有效抵消多径传输引起的符号间干扰,提高系统的抗多路径干扰能力。
2.高频谱利用率:OFDM将频谱划分为多个子信道进行传输,可以更有效地利用带宽资源,提高频谱利用率。
OFDM的基本原理剖析OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用)是一种多载波调制技术,常用于现代通信系统如无线局域网(WiFi)、移动通信系统(LTE、5G等)中。
下面将对OFDM的基本原理进行剖析。
1.数据分割:将要传输的数据流按照一定规则进行分割,生成一系列小块的数据。
2.填充和映射:对每个小块的数据进行填充,使其长度与子载波数目相等。
然后,将每个小块的数据映射到对应的频分复用子载波上。
3.进行IFFT变换:对每个子载波上的数据进行逆离散傅里叶变换(IFFT),将频域上的信号转换到时域上。
4.加入循环前缀:为了抵消多径信道引起的符号间干扰,对每个时域上的符号加入循环前缀,即将符号的一部分复制到符号末尾。
5.多载波调制:将每个子载波调制成对应的频带信号。
6.并行发送:将所有子载波的信号合并,并通过不同的天线或发射机发送。
7.接收端:接收端通过多个天线或接收机接收信号,并进行频率和相位补偿等处理。
8.串行接收:将接收的信号进行拆分,得到各个子载波的信号。
9.移除前缀和FFT变换:移除每个子载波的循环前缀,并进行离散傅里叶变换(FFT),将时域上的信号转换到频域上。
10.解调和解映射:对每个子载波的信号进行解调和解映射,获取原始数据。
11.数据重组:将解调和解映射得到的数据进行合并,恢复原始数据流。
OFDM技术优点如下:-高频谱利用率:通过将数据流分成多个独立子流,并在频域上进行正交调制,可以充分利用频谱资源。
-高抗干扰性能:由于子载波之间正交,OFDM系统对多路径引起的符号间干扰具有较高的抗干扰性能。
-低传输延迟:每个子载波的传输速率较低,传输延迟相对较低。
-易于频率均衡:OFDM系统可以通过改变子载波的功率分配来实现频率均衡,减少频率衰减引起的性能损失。
总结:OFDM技术通过将高速数据流分解为多个低速子流,并在频域上进行正交频分复用,实现了高频谱利用率、高抗干扰性能和低传输延迟。
OFDM技术原理及关键技术介绍OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 技术是一种常用于无线通信系统中的多载波调制技术。
它使用多个频率分离的正交子载波来传输数据,因此能够提供高速、高带宽的数据传输。
本文将介绍OFDM技术的原理以及一些关键技术。
1.子载波生成:OFDM系统将频谱分成多个频带,每个频带由一个正交子载波组成。
这些子载波在频域上是正交的,这意味着在相邻的子载波之间没有相互干扰。
2.符号映射:在每个子载波上分配一个符号,通常使用调制技术(如相移键控或正交振幅调制)将原始数据映射到每个符号上。
根据数据的可靠性要求,可以选择不同的调制方式。
3.并行传输:所有子载波上的符号同时传输,从而提高了数据传输的速率。
这种并行传输的形式将高速数据流降低到多个低速数据流。
4.保护间隔:为了抵抗多径传播引起的码间干扰,OFDM系统引入了保护间隔。
保护间隔是在子载波之间插入一些零值样点,用于消除码间干扰。
5.并串转换:将所有子载波的符号串行转换为一个连续的复杂数据流,以便在传输媒介上进行传输。
6.接收端处理:接收端对收到的数据进行反向处理,包括串并转换、解调和符号解映射。
最后,通过解调的数据经过去保护间隔处理,得到原始数据。
1.多径传播抑制:在无线通信中,多径传播是一个常见的问题,它会导致码间干扰。
为了抑制多径信号,OFDM系统采用了保护间隔技术。
保护间隔的作用是在相邻子载波之间插入一些零值样点,以减小码间干扰的影响。
2.信道估计和均衡:OFDM系统需要准确地估计信道响应,以便进行均衡处理。
在接收端,需要使用已知的信号进行信道估计,从而提高信号的解调性能。
3.载波同步:OFDM系统中,接收端需要将接收到的复杂数据流转换为并行的子载波,并进行解调。
为了实现这个过程,接收端需要对接收到的数据进行载波同步,以确保每个子载波的频率和相位保持一致。
4. Peak-to-Average Power Ratio(PAPR)控制:OFDM信号在传输中可能产生高峰值功率,这会导致信号的非线性失真。
OFDM技术的基本原理OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种用于无线通信系统的多载波调制技术,通过将数据流分为多个低速子载波进行传输,以提高系统的数据传输速率和频谱效率。
下面将详细介绍OFDM技术的基本原理。
1.子载波划分:OFDM将原始数据流划分为多个低速子载波,每个子载波的传输速率相对较低,且互相正交。
这些子载波具有频谱重叠,且在中心频率上相互正交。
划分的子载波数量通常是2的幂次方,比如64、128、256等。
2.调制:在OFDM系统中,每个子载波可以使用不同的调制格式,如BPSK、QPSK、16QAM等。
通过将数据流分配到不同的子载波并采用不同的调制方式,OFDM系统能够实现不同速率的数据传输。
3.帧结构:OFDM系统中的每个符号周期被划分为多个时隙,每个时隙包含一个导频子载波和一定数量的数据子载波,导频子载波用于信道估计和符号同步,而数据子载波用于实际数据传输。
4.并行传输:OFDM技术将数据流并行传输到多个子载波上,可以同时传输多个数据流,从而提高了系统的传输速率和频谱效率。
这样,OFDM系统能够更好地适应高速数据传输的需求。
5.频率均衡:OFDM系统中的传输信道往往会引起子载波之间的干扰。
为了克服这种干扰,OFDM系统采用了频域均衡技术,通过估计信道响应并使用均衡算法对信号进行均衡处理,以提高系统的抗干扰能力和传输质量。
6.多径衰落处理:在无线信道环境中,多径传播会导致信号的时延扩展和频率选择性衰落。
OFDM技术使用循环前缀技术来处理多径效应,即在每个OFDM符号的开头插入一段与符号结尾相同的循环前缀,通过在时域上的平移实现抵消多径效应。
7.频谱效率:由于OFDM系统中采用了多个低速子载波进行并行传输,每个子载波的传输速率相对较低,因此每个子载波所需要的保护间隔较小,从而提高了频谱效率。
此外,通过动态分配子载波,OFDM系统可以更好地适应信道条件的变化,进一步提高了频谱效率。
OFDM的基本原理QAMOFDM,全名为正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing),是一种用于无线通信和广播系统的调制技术。
它将高速数据流分为多个较低速的子流,每个子流都通过不同的频率进行传输,这样可以在有限的频谱带宽内传输更多的数据。
1.小载波频分复用:OFDM系统使用多个小载波进行数据传输。
这些小载波之间的频率是互相正交的,即彼此之间没有相互干扰。
每个小载波都可以携带不同的数据,因此可以利用整个频谱带宽进行并行传输。
2.数据编码:在传输前,数据需要进行编码。
OFDM使用正交振幅调制(QAM)来编码数据。
QAM是一种将数字信号映射到信号空间中的调制技术,其中通过调整幅度和相位来表示不同的数据。
OFDM中使用的QAM 调制可以迅速地在复杂信道中进行解调,因此可以减少传输错误。
3.每个子载波的传输:OFDM将高速数据流分成多个较低速的子流,并将每个子流分配到不同的小载波上进行传输。
这些小载波之间的频率是互相正交的,所以它们可以同时传输,而不会相互干扰。
每个子流的传输速率较低,减少了传输错误的可能性。
4.多径传输的抵消:在无线信道中,信号在传播过程中会经历多径传输,即信号会经过多个路径到达接收端。
这会导致信号的多普勒频移和多径干扰。
OFDM通过发送符号间有重叠的子载波,可以实现传输路径延迟间隔的确定,从而避免干扰。
5.频率和时间的选择性衰落补偿:OFDM技术能够通过频率选择性衰落补偿和时间选择性衰落补偿来对信号进行处理,以减少信号衰落带来的传输错误。
频率选择性衰落补偿通过对每个子载波进行独立的等化和错误修正来实现。
时间选择性衰落补偿则通过发送预先加载的循环前缀来实现,以提供时间补偿和保持信号的连续性。
6.高效利用频带:由于OFDM可以将整个频谱带宽有效分割成多个小载波进行传输,因此可以在有限的频带宽度内发送更多的数据。
这使得OFDM成为高速数据传输和宽带通信的理想选择。
OFDM 技术原理及关键技术介绍一、原理介绍1、OFDM 的基本原理介绍在数字通信系统中,我们通常采用的通信系统是单载波传输系统模型,如图1所示。
tjw 0t jw 0图1. 单载波传输示意图图中g(t)是匹配滤波器(对于给定的码元波形,使得输出信噪比最大的线性滤波器),这种系统在传输速率不是很高的情况下,因时延产生的码间干扰不是特别严重,可以通过均衡技术消除这种干扰。
所谓码间干扰(intersymbol interference ,ISI )就是当一个码元的时延信号产生的拖尾延伸到相邻码元时间中去的时候,会影响信号的正确接收,造成系统误码性能的降低,这类干扰就是码间干扰。
而当数据传输速率较高的时候,若想要消除ISI ,对均衡的要求更高,需要引入更复杂的均衡算法。
随着OFDM 技术的兴起与发展,考虑到可以使用OFDM 技术来进行高速数据传输,它可以很好地对抗信道的频率选择性衰落,减少甚至消除码间干扰的影响。
OFDM 的全称是正交频分复用,是一项多载波传输技术,可以被看作是调制技术,也可以当作是一种复用技术。
其基本原理是把传输的数据流串并变换后分解为若干个并行的子数据流(也可以看作将一个信道划分为若干个并行的相互正交的子信道),这样每个子数据流的速率比串行过来的数据流低得多(速率变为多少取决于变换为多少路并行数据流),这样的话每个子信道上的码元周期变长,每个子信道上便是平坦衰落,然后用每个子信道上的低速率数据去调制相应的子载波,从而构成多个低速率码元合成的数据发送的传输系统,其基本原理图如图2。
图2. OFDM 系统调制解调原理框图在单载波系统中,一次衰落或者干扰就可以导致整个链路性能恶化甚至失效,但是在多载波系统中,某一时刻只会有少部分子信道受到衰落的影响,而不会使整个通信链路性能失效。
在衰落信道中,根据多径信号最大时延m T 和码元时间s T 的关系,可以把性能降级分为两种类型:频率选择性衰落和平坦衰落。
ofdm基本原理OFDM基本原理。
OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种多载波调制技术,它在无线通信系统中得到了广泛的应用。
它的基本原理是将高速数据流分成多个低速数据流,然后分别通过不同的载波进行传输。
在接收端,将这些低速数据流重新合并成高速数据流。
OFDM技术在抗多径衰落、抗频率选择性衰落、抗窄带干扰等方面具有很强的优势,因此被广泛应用于4G、5G等无线通信系统中。
OFDM技术的基本原理包括以下几个方面:1. 子载波间正交性。
在OFDM系统中,将高速数据流分成多个低速数据流后,每个低速数据流都分配给一个子载波进行传输。
为了避免不同子载波之间的干扰,要求这些子载波之间是正交的。
这意味着它们的频率间隔必须是整数倍的倒数,以确保它们在频域上不会相互干扰。
2. 载波间隔选择。
在OFDM系统中,选择合适的载波间隔对于系统性能至关重要。
合适的载波间隔可以有效地降低子载波之间的干扰,提高系统的容量和鲁棒性。
一般来说,载波间隔越大,系统的容量越大,但同时也会增加系统的复杂度。
3. 多径衰落的处理。
在无线通信系统中,由于信号在传播过程中会受到多径传播的影响,导致接收端收到的信号存在时延扩展和频率选择性衰落。
OFDM技术通过将高速数据流分成多个低速数据流并分别传输,可以有效地抵抗多径衰落的影响,提高系统的抗干扰能力。
4. 频谱利用效率高。
由于OFDM技术将高速数据流分成多个低速数据流并分别传输,因此可以充分利用频谱资源,提高系统的频谱利用效率。
这对于无线通信系统来说是非常重要的,特别是在频谱资源紧张的情况下。
5. 抗干扰能力强。
由于OFDM技术将高速数据流分成多个低速数据流并分别传输,因此可以在一定程度上抵抗窄带干扰。
这对于提高系统的抗干扰能力具有重要意义。
综上所述,OFDM技术通过将高速数据流分成多个低速数据流并分别传输,利用子载波间的正交性和合适的载波间隔,有效地处理多径衰落,提高频谱利用效率和抗干扰能力,因此在无线通信系统中得到了广泛的应用。
OFDM原理解读OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是一种多载波技术,用于将高速数据信号分成多个低速子载波来传输。
它被广泛应用于无线通信领域,例如Wi-Fi和4G LTE等。
OFDM的原理是利用正交子载波,将高速数据信号分解成一系列低速子载波。
每个子载波都相互正交,使得在频域上避免了子载波之间的干扰。
同时,OFDM还采用了循环前缀技术,用于抵消多径传播引起的信号间干扰。
OFDM系统的工作原理如下:1.数据编码:将要传输的数据进行编码,以确保传输的可靠性和安全性。
编码技术可以包括纠错码、调制方式等。
2.子载波分配:将编码后的数据分配到一系列不重叠的子载波上。
这些子载波之间相互正交,即在一个子载波上发送数据时,其他子载波上不会有信号传输。
3. IFFT(Inverse Fast Fourier Transform):将子载波从频域转换为时域。
FFT和IFFT是OFDM技术中最关键的运算,用于将时域和频域之间进行转换。
4.循环前缀添加:由于OFDM信号在传输过程中会受到多径传播引起的符号间干扰,因此在每个OFDM符号之前都要添加一个循环前缀。
循环前缀是由OFDM符号的一部分数据复制产生的,用于抵消干扰。
5.并行传输:将添加了循环前缀的OFDM符号并行传输到接收端。
由于每个子载波之间相互正交,因此不会有干扰发生。
6. FFT(Fast Fourier Transform):接收端使用FFT将接收到的OFDM符号从时域转换为频域。
这样就可以将不同子载波上的数据分开,并进行解调和解码。
7.解码和恢复:对接收到的数据进行解码和恢复,以得到原始数据。
OFDM的优势包括:1.高频谱效率:由于OFDM将高速数据信号分成多个低速子载波进行传输,因此每个子载波的传输速率较低。
这降低了传输过程中的码间干扰和符号间干扰,提高了频谱效率。
2.抗多径干扰:OFDM系统使用循环前缀技术,可以抵消多径传播引起的信号间干扰。
OFDM的基本原理剖析1 从FDM到OFDM早期发展的无线网络或移动通信系统,是使用单载波调制(Single-carrier Modulation)技术,单载波调制是将要传送的信号(语音或数据),隐藏在一个载波上,再藉由天线传送出去。
信号若是隐藏于载波的振幅,则有AM、ASK调制系统;信号若是隐藏于载波的频率,则有FM、FSK调制系统;信号若是隐藏于载波的相位,则有PM、PSK调制系统。
使用单载波调制技术的通讯系统,若要增加传输的速率,所须使用载波的带宽必须更大,即传输的符元时间长度(Symbol Duration)越短,而符元时间的长短会影响抵抗通道延迟的能力。
若载波使用较大的带宽传输时,相对的符元时间较短,这样的通讯系统只要受到一点干扰或是噪声较大时,就可能会有较大的误码率(Bit Error Ratio, BER)。
为降低解决以上的问题,因此发展出多载波调制(Multi-carrier Modulation)技术,其概念是将一个较大的带宽切割成一些较小的子通道(Subchannel)来传送信号,即是使用多个子载波(Subcarrier)传来送信号,利用这些较窄的子通道传送时,会使子通道内的每一个子载波的信道频率响应看似平坦,这就是分频多任务(Frequency Division Multiplexing, FDM)观念。
因为带宽是一个有限的资源,若频谱上载波可以重迭使用,那就可以提高频谱效率(Spectrum Efficiency,η),所以有学者提出正交分频多任务(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的技术架构。
FDM与OFDM两者最大的差异,在OFDM系统架构中每个子信道上的子载波频率是互相正交,所以频谱上虽然重迭,但每个子载波却不受其他的子载波影响。
图1FDM与OFDM频谱FDM和OFDM频谱互相比较,如图1所示,OFDM所须的总带宽较小,倘若可以提供的载波总带宽是固定的,则OFDM系统架构将可以使用更多的子载波,使得频谱效率增加,提高传输量,而能应付高传输量需求的通讯应用。
因带宽切割所以子载波的带宽都不大,其信道特性可视为频率非选择性信道(Frequency Nonselective Channel),此类型通道所呈现的现象,其子载波的信道频率响可视为相同,因此接收端的均衡器(Equalizer)不会像单载波系统这么复杂,大多只要单一级数(One-tap)的均衡器,即可补偿回来信号在信道上所受到的影响。
2 OFDM的基本原理现在,我们知道,OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率,或者是为了改进对多载波的调制,它的特点是各子载波相互正交,使扩频调制后的频谱可以相互重叠,从而减小了子载波间的相互干扰。
在对每个载波完成调制以后,为了增加数据的吞吐量、提高数据传输的速度,它又采用了一种叫作HomePlug的处理技术,来对所有将要被发送数据信号位的载波进行合并处理,把众多的单个信号合并成一个独立的传输信号进行发送。
另外OFDM之所以备受关注,其中一条重要的原因是它可以利用离散傅立叶反变换/离散傅立叶变换(IDFT/DFT)代替多载波调制和解调。
OFDM的基本原理是将高速信息数据编码后分配到并行的N个相互正交的载波上,每个载波上的调制速率很低(1/N),调制符号的持续间隔远大于信道的时间扩散,从而能够在具有较大失真和突发性脉冲干扰环境下对传输的数字信号提供有效地保护。
OFDM对多径时延扩散不敏感,若信号占用带宽大于信道相干带宽,则多径效应使信号的某些频率分量增强,某些频率分量减弱(频率选择性衰落)。
OFDM的频域编码和交织在分散并行的数据之间建立了联系。
这样,由部分衰落或干扰而遭到破坏的数据,可以通过频率分量增强部分的接收的数据得以恢复,即实现频率分集。
OFDM增强了抗频率选择性衰落和抗窄带干扰的能力。
在单载波系统中,单个衰落或者干扰可能导致整个链路不可用,但在多载波的OFDM系统中,只会有一小部分载波受影响。
此外,纠错码的使用还可以帮助其恢复一些载波上的信息。
通过合理地挑选子载波位置,可以使OFDM的频谱波形保持平坦,同时保证了各载波之间的正交。
OFDM尽管还是一种频分复用(FDM),但已完全不同于过去的FDM。
OFDM的接收机实际上是通过FFT实现的一组解调器。
它将不同载波搬移至零频,然后在一个码元周期内积分,其他载波信号由于与所积分的信号正交,因此不会对信息的提取产生影响。
OFDM的数据传输速率也与子载波的数量有关。
OFDM每个载波所使用的调制方法可以不同。
各个载波能够根据信道状况的不同选择不同的调制方式,比如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等等,以频谱利用率和误码率之间的最佳平衡为原则。
我们通过选择满足一定误码率的最佳调制方式就可以获得最大频谱效率。
无线多径信道的频率选择性衰落会使接收信号功率大幅下降,经常会达到30dB之多,信噪比也随之大幅下降。
为了提高频谱利用率,应该使用与信噪比相匹配的调制方式。
可靠性是通信系统正常运行的基本考核指标,所以很多通信系统都倾向于选择BPSK或QPSK调制,以确保在信道最坏条件下的信噪比要求,但是这两种调制方式的频谱效率很低。
OFDM技术使用了自适应调制,根据信道条件的好坏来选择不同的调制方式。
比如在终端靠近基站时,信道条件一般会比较好,调制方式就可以由BPSK(频谱效率1bit/s/Hz)转化成16QAM-64QAM(频谱效率4~6bit/s/Hz),整个系统的频谱利用率就会得到大幅度的提高。
自适应调制能够扩大系统容量,但它要求信号必须包含一定的开销比特,以告知接收端发射信号所应采用的调制方式。
终端还要定期更新调制信息,这也会增加更多的开销比特。
OFDM还采用了功率控制和自适应调制相协调工作方式。
信道好的时候,发射功率不变,可以增强调制方式(如64QAM),或者在低调制方式(如QPSK)时降低发射功率。
功率控制与自适应调制要取得平衡。
也就是说对于一个发射台,如果它有良好的信道,在发送功率保持不变的情况下,可使用较高的调制方案,例如64QAM;如果功率减小,调制方案也就可以相应降低,使用QPSK方式等。
自适应调制要求系统必须对信道的性能有及时和精确的了解,如果在差的信道上使用较强的调制方式,那么就会产生很高的误码率,影响系统的可用性。
OFDM系统可以用导频信号或参考码字来测试信道的好坏。
发送一个已知数据的码字,测出每条信道的信噪比,根据这个信噪比来确定最适合的调制方式。
3 OFDM的模型结构和各部分原理3.1 OFDM结构框图OFDM的系统模型可表示为如下图所示。
在发送端,串行的数据流在经过编码、调制以及串/并转换之后,再后送入运算单元,即进行IFFT 变换,然后需要加入保护间隔,再经D/A 转化为模拟信号送入信道传输;在接收端,由信道接收到的模拟的OFDM信号在经A/D 变换转换为串行的数字信号,接着去除掉保护间隔,再将其送入运算单元,进行FFT运算,最后经过并串转换和解码译码后即可还原出原始的信源信号。
在OFDM的调制过程中有3个重要步骤编码调制、FFT变换、插入保护间隔。
解调部分则就是其逆过程。
3.2 星座映射星座映射是指将输入的串行数据,首先做一次调制,再经由FFT 分布到各个子信道上去。
调制的方式可以有许多种,包括BPSK、QPSK、QAM等。
例如,采用了QPSK 调制的星座图如下图所示:图3 QPSK调制的星座图OFDM 中的星座映射,实际上只是一个数值代换的过程。
比如按照上图所示,输入为“00” ,输出就是“-1+1i” 。
它将原来单一的串行数据之中,引入了虚部,使其变成了一个复数。
这样有两个好处:第一,可以方便进行复数的FFT变换;另一个方面,进行星座映射后,为原来的数据引入了冗余度。
因为从原来的一串数,现在变成了由实部和虚部组成的两串数。
引入冗余度的意义就在于以牺牲效率的方式从而达到降低误码率的目的。
3.3 串并转换以及FFT在星座映射之后,下面进行的是串并变换,即将串行数据变换为并行的,这一过程的主要目的是为了便于做傅立叶变换。
串并变换之后进行的傅立叶变换,在不同阶段是不同的,在调制部分是反变换(IFFT),在解调部分是下变换(FFT)。
最后还要再通过并串变换变为串行数据输出。
从上面分析的过程可以看出,其实串并变换和并串变换都是为了FFT 服务的。
如果把它们三个看作一个整体的话,那么相当于输入和输出都是串行的数据。
举个例子来说,如果是做64点FFT运算的话,那么一次输入64个串行数据,再输出64个串行数据。
虽然它的输入和输出都是64个串行数据,但是对于输入的64 个数来说,它们互相之间是没有关系的。
然而,经过了FFT变换,输出的64个数就不同了,它们相互之间有了一定的关联。
在理论上说,就是用输入的数据来调制相互正交的子载波。
其实简单直观地来说,就是经过FFT变换使得这64个数之间产生了互相间的关联,如果有一个数据在传输中发生错误的话,就会影响其它的数据。
这就是采用FFT 所起到的作用。
3.4 插入保护间隔在OFDM系统中,符号间干扰(ISI)会导致较高的误码率,同时产生载波间干扰(ICI),损失正交性,使系统性能下降。
为削弱ISI的影响,通常在OFDM符号中插入保护间隔,其长度一般选择等于信道冲击响应长度。
保护间隔可以不包含任何信号,但是这样也会引入ICI,破坏了子载波间的正交性。
如果引入的保护间隔由信号的循环扩展构成,即引入循环前缀,长度满足消除ISI的循环前缀亦可消除ICI。
插入保护间隔是OFDM中必不可少的一个步骤。
尽管OFDM 通过串并变换已经将数据分散到N个子载波上,速率已经降低到N分之一,但是为了最大限度地消除符号间的干扰,还需要在每个OFDM 符号之间插入保护前缀,这样做可以更好地对抗多径效率产生的时间延迟的影响。
当然,插入保护间隙会使得数据传输效率下降为原来的N /(N +L),L为所插入保护间隙的长度。
在具体实现加保护间隔的操作时,一般是需要在完成IFFT以后将结果暂时存放在RAM 中,然后再从RAM 里读出数据时,采取部分重复读取的方式,将一部分数据重复复制,加在数据包首尾,从而形成循环前缀。
例如下图所示,图4 OFDM 保护间隔的插入RAM中储存的是运算的数据结构,上图中举例是16点的FFT运算,所以结果也是16点,因此RAM中的存储单元也是16个(0 ~15)。
当进行加保护间隔操作时,先从RAM将全部的运算结果读出,接着,将前4个(0 ~3)(或者后4个)存储单元中的数据重复读出,分别加在有效数据的末尾,就形成了保护间隔。
3.5 OFDM的解调OFDM的解调,与调制有很多类似之处,只是进行的是相反的过程。