數(shù)字通信-第7章多載波系統(tǒng)

單載波傳輸：把數(shù)據(jù)流所構(gòu)成的基帶信號去調(diào)制一個載波。在高速無線信道傳輸中,由于電磁波的多徑，當(dāng)時延擴(kuò)展大于碼元周期時，會造成碼間干擾（頻率選擇性

）。解決的方法之一是多載波傳輸。OFDM調(diào)制2014-11-32多載波傳輸：先把高速數(shù)據(jù)流經(jīng)串并變換轉(zhuǎn)換成一組低速數(shù)據(jù)流，然后各自去調(diào)制相應(yīng)載波，并行傳輸。串->并形成子信道，速率降低，對抗深多載波調(diào)制，也稱為多音調(diào)調(diào)制。通常的頻分復(fù)用（FDM）就是多載波調(diào)制。正交頻分復(fù)用調(diào)制（OFDM）是一種特殊的多載波調(diào)制方式。多載波傳輸2014-11-331、OFDM方式允許各子信道頻譜重迭；節(jié)省了的頻帶f為了防止各子信道之間的串?dāng)_，OFDM要求各子載波相互正交；fOFDM可以利用離散Fourier變換（DFT）來實現(xiàn)其調(diào)制和解調(diào)；2014-11-34正交頻分復(fù)用調(diào)制與傳統(tǒng)的頻分復(fù)用的區(qū)別：OFDM系統(tǒng)的子載波由于：各子載波之間相互正交，可以避免ICI信號具有最小帶寬故可推得：若每個子信道的傳輸速率為1/T，則子載波的頻率之間相差也為1/T。（T叫做OFDM符號的周期）2014-11-35OFDM系統(tǒng)的基本模型從ts開始的OFDM符號可表示為：N

1its

t

ts

Ts(t)

Re

i0d

rect t

t

T

exp

j2

f

i

t

t

,

s

2

c+信道ejot1ejtejN1t積分T

se

jot積分積分e

j1tejN1tP/Ss(t)2014-11-36dS/P0d1dN10d?1d?d?N1圖中表示組成OFDM信號的4個子載波。在實際系統(tǒng)中各子載波的幅度和相位往往是不相同的。但在一個OFDM的有效符號時間T中都包含了每個子載波的整數(shù)個周期，而且相鄰子載波在一個OFDM有效符號時間中相差一個周期。2014-11-37頻率上的

函數(shù)的卷積。iN

1

(

f

f

)

ioOFDM信號的頻譜：OFDM信號的頻譜可看成是周期為T的矩形脈沖波形的頻譜與各子載波2014-11-38子載波的正交性，及解調(diào)：由于OFDM子載波之間的正交性，即所以O(shè)FDM對第

k

個子載波解調(diào)為，SSt

TksiSktTd?

1TT2

kexp

j

N

1(t

t

)

d

exp

j

2i

(t

t

)

d

i0于是其它的子載波對于解調(diào)子載波不造成干擾。01T2

nt2

mtTnexp

j(j(mTT

)

exp

)

dt

1

m

n0

m

n2014-11-39OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)的實現(xiàn)正交調(diào)制和解調(diào)可用IFFT和FFT實現(xiàn)。OFDM等效低通信號：s(t)

isst

t

t

TTN

1i

0d

rect t

t

T

exp

j2

i

s

2

t t

s

,

對s(t)以T/N的速率進(jìn)行抽樣，即令則：t

kT

/

Nd

exp

j2014-11-310N

1i0ks

N2ik, 0

k

N

1

i2014-11-311OFDM系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)的實現(xiàn)解調(diào)可用FFT實現(xiàn)。在接收端對sk進(jìn)行逆變換，即DFT得到：N

1i

0ikd

N2

ik, 0

i

N

1s

exp

j2014-11-312保護(hù)時間與循環(huán)前綴為了最大限度地消除碼間干擾（ISI），可以在OFDM符號之間加入保護(hù)時間

。保護(hù)時間的長度要大于預(yù)期的多徑信道最大時延擴(kuò)展。在保護(hù)時間中，OFDM系統(tǒng)完全不傳輸數(shù)據(jù)，它是一段空白。這樣使得一個符號的多徑時延分量不會干擾后繼符號。加上保護(hù)時間后的OFDM符號時間長度為Ts

T

，其中OFDM的積分時間（即IDFT/DFT時間），仍為T（有效符號時間），相鄰子載波頻率間隔仍為1/T

。2014-11-313空白的保護(hù)時間雖然能夠消除多徑展寬引起的碼間干擾，但使子載波之間的正交性被破壞，產(chǎn)生子載波之間的串?dāng)_，即產(chǎn)生信道間干擾（ICI）。對子載波#1的ICI延時的子載波#2保護(hù)時間OFDM有效符號時間（FFT時間）OFDM符號時間子載波#1為了消除子信道之間的串?dāng)_，OFDM采用在原來空白保護(hù)時間中加循環(huán)前綴的方法。如圖7.6.6所示，把OFDM符號的后面一段波形

到原來空白保護(hù)時間中。由于OFDM有效時間T中包含了子載波的整數(shù)周期，所以這樣加循環(huán)前綴不會在拼接處造成相位的突變。0T-Tg2014-11-314設(shè)經(jīng)過IDFT的OFDM時域數(shù)據(jù)為：i

sk

IDFT

d

N

1i0id

exp

jN2ik

, 0

k

N

1k

0,1,2

, ,

N

1kx

sk

N

s

k則加循環(huán)前綴后的OFDM符號為：k

m,

m

1, ,

1其中m

N

為循環(huán)前綴的長度。T2014-11-3152014-11-316保護(hù)間隔和循環(huán)前綴為了對抗時延擴(kuò)展，應(yīng)加保護(hù)間隔，并且：由于空閑的保護(hù)間隔會引起ICI，因此，應(yīng)加循環(huán)前綴TmaxTg串并變換多載波調(diào)制（IDFT）加循環(huán)前綴和并串變換D/A變換頻率上變換頻率下變換A/D變換并串變換去循環(huán)前綴和串并變換多載波解調(diào)（DFT）OFDM的調(diào)制，解調(diào)系統(tǒng)方框圖2014-11-317在OFDM系統(tǒng)的實際運用中，可采用更方便、更快捷的IFFT/FFT。OFDM系統(tǒng)框圖AWGNX

(k)Xd

(k)交織編調(diào)制導(dǎo)頻IFFT串/并加CP并/串圖2

OFDM系統(tǒng)框圖信道串/并去CPFFT信道估計去除導(dǎo)頻并/串譯解交織h(n)解調(diào)2014-11-318OFDM系統(tǒng)的優(yōu)點串->并，減小ISI最大限度利用頻譜資源正交調(diào)制和解調(diào)可用IFFT和FFT實現(xiàn)便于實現(xiàn)上下行鏈路不同的傳輸速率有效減小頻率選擇性便于與其他多種接入方式結(jié)合2014-11-3192